一、STM32的随机数发生器
3 g$ B4 Q# f/ |$ [& i- z        1.1 RGN 简介
        STM32的RGN（Random Number Generator，随机数发生器），是一个以连续模拟噪声为基础的随机数发生器，在主机读数时提供一个由模拟量发生器产生的 32 位随机数。

        RGN由实时熵源（模拟）和内部调节组件组成，它将全熵输出作为32位样本提供给应用程序。通常MCU中去读取两个连续随机数的间隔为 40 个 PLL48CLK时钟信号周期。产生随机数的模拟量发生器，由几个环形振荡器组成，振荡器的输出进行异或运算以产生馈入线性反馈移位寄存器(RNG_LFSR)种子，这些种子用于生成 32 位随机数。RGN支持中断功能，通过检测状态位（RNG_SR 寄存器），检测种子异常（RNG_FLAG_SECS）、时钟异常（RNG_SR_CECS）等现象，检测到错误时生成中断。

        1.2 RNG配置说明
        在CubeMX上开启RNG功能非常简单，只需要激活即可，在其参数栏设置无任何参数需要设置，在NVIC栏可以开启中断功能。
  a- I8 e, @& L( x0 q4 g* }
, W6 Z- F8 y6 G0 z' V- i; t
  c$ f' j4 q% s9 B+ x
         RNG依赖时钟源可有在时钟树选择器设置，时钟频率大小可以通过倍频器、分频器设置，例如本文采用STM32L496VGTx芯片时，设置其PLL48CLK时钟依赖源PLLSAl1Q，输出时钟频率是48MHz，如下图所示。

6 E/ x5 [5 A2 A
2 V* E( A! s; S" N
, j8 }) n' v2 b         STM32的RGN内部通信通常是通过AHB总线实现，例如STM32L496VGTx芯片通过AHB2总线。

5 f' ^% P" d0 i5 c4 d' W

9 |% l( P- }8 E  K         RNG在STM32芯片正常、睡眠的工模式下有效。


% K* y0 c3 \. ~' U8 l
         在STM32L496VGTx芯片中，RNG的寄存器空间大小为0X3FF（1024），用于存储RNG的数据寄存器、状态寄存器、控制寄存器以及缓存参数、组件信息等。

, o2 d& X  C8 K7 N7 i

: V$ I" n0 _+ m* o" M 二、创建RNG测试工程及HLA源码分析
         2.1 工程创建
. ]9 n1 d8 g) R' K+ k& g: X6 d3 U        本文为采用的是stm32L496VGTx-ali开发板来建立测试工程，并按本专栏前面的博文移植好了lpuart1串口调试及按键功能，请自行参考。

现双击.ioc文件，打开CubeMX配置界面，开启RNG功能，并开启中断，时钟树上设置最终输出频率48MHz。



1 t- @: R) t$ X0 L, [2 K& `
( t3 Z) a0 U* n7 b6 _
         保成生成输出代码

7 h7 t9 R6 H& f+ |& j& {5 v6 ~; y        2.3 RNG的HLA库源码分析
        cubeMX生成代码时，会在Core源码目录下的Inc及Src目录，分别生成rng.h和rng.c驱动文件。

9 O& x4 i3 l4 A4 ^, y0 w% G        在rng.c文件中，主要定义了MX_RNG_Init函数和HAL_RNG_MspInit函数。MX_RNG_Init主要做两件事情，一是生成RNG句柄Instance(寄存器)，二是调用HLA库的HAL_RNG_Init来实现真正的初始化设定。HAL_RNG_MspInit是HLA内的弱函数，根据实际配置CubeMX会生成新的函数，完成真正的MCU底层设置任务（MspInit，MCU Specific Package init，即指和MCU相关的初始化），覆盖原来的弱函数，而在HAL_RNG_Init函数中会调用到HAL_RNG_MspInit函数。
* Z2 P" s  o$ K7 y: _" T
0 y! K, _% i2 c/ E

) x& Y6 c' k1 u2 a- n         在stm32l4xx_hal_rng.c源文件中定义了HAL_RNG_Init函数，它做以下事情：诊断配置参数是否合规；
) f- x. w& l0 V5 }. A# a


+ u  g* M% [' }# m         以及调用HAL_RNG_MspInit函数完成CRC时钟开启及中断设置与开启（如果cubeMX配置开启中断功能的话）；



3 x" F. d  L* k5 w" F        最后开启RNG，检测种子、数据寄存器的有效性。
0 m5 _2 t$ Z4 r1 d


         再回到rng.c内，HAL_RNG_MspInit函数实现了RNG外设时钟设置（如果配置依赖外设的话）与开启，以及中断设置与开启（如果cubeMX配置开启中断功能的话）。
" j5 L& Z- ~. ]: J( O) B
! u# a! W% @9 e: |7 C. j

: _6 k# @5 Q4 H/ S* f" n         在stm32l4xx_hal_rng.c源文件除了定义初始化功外，还定义了RNG的MSP初始化及删除函数，各种方式读取随机数函数，状态读取函数，中断请求及中断回调函数等。较常用的是：读取随机数函数如HAL_RNG_GetRandomNumber、HAL_RNG_GetRandomNumber_IT、HAL_RNG_ReadLastRandomNumber，状态读取函数HAL_RNG_GetState，以及回调函数HAL_RNG_ReadyDataCallback和HAL_RNG_ErrorCallback。

9 f5 U- k- k  C: _; K# m( ^

         2.3 RNG使用设计
        由于本文开启了RNG中断功能，在rng.c源码中，重新编码HAL_RNG_ReadyDataCallback函数如下：

1. /* USER CODE BEGIN 1 */
   
2. void HAL_RNG_ReadyDataCallback(RNG_HandleTypeDef *hrng, uint32_t random32bit)
   
3. {
   
4.         printf("RNG_ReadyDataCallback:%lu\r\n",random32bit);
   / g% G0 t  s/ B
5. }
   
6. /* USER CODE END 1 */

复制代码

' b7 W" f6 w( q( v         在main.c源码文件中，添加各个外设及功能模块的头文件依赖。

1. /* Private includes ----------------------------------------------------------*/
   * j5 b8 N) @1 i, G
2. /* USER CODE BEGIN Includes */
   + J, a8 k8 v  o( c
3. #include "../../ICore/key/key.h"
   
4. #include "../../ICore/led/led.h"
   
5. #include "../../ICore/print/print.h"
   
6. #include "../../ICore/usart/usart.h"
   9 }! U, a+ R3 E' @  E, P1 I
7. #include "../../ICore/delay/delay.h"
   1 @  Q- @% B0 ^( S" U
8. /* USER CODE END Includes */

复制代码

         在main.c源码文件中，添加RNG句柄声明，用于读取随机数时使用。

1. /* Private user code ---------------------------------------------------------*/
   ) v- J# e1 s! v# Q) `3 F  _% h  ~, O
2. /* USER CODE BEGIN 0 */
   
3. extern RNG_HandleTypeDef hrng;
   % k" G. }4 N) x- ~% Y3 ]3 n
4. /* USER CODE END 0 */

复制代码

6 V5 G% `  l- m2 ^* T1 X         在main函数内，启动串口中断功能及初始化其他辅助参数。

1.   /* Initialize all configured peripherals */
   
2.   MX_GPIO_Init();
   & h( U) q  s2 B! q/ z% f; q
3.   MX_LPUART1_UART_Init();
   - M8 j- s% s3 V, r6 j  t; }
4.   MX_RNG_Init();
   - V1 M7 K  @# e! P) @1 d' I
5.   /* USER CODE BEGIN 2 */
   , l8 {5 o& @$ G' b3 Z
6.   ResetPrintInit(&hlpuart1);
   & C8 Z: Y6 N* ~2 N# O
7.   HAL_UART_Receive_IT(&hlpuart1,(uint8_t *)&HLPUSART_NewData, 1); //再开启接收中断
     V& j7 g, q5 C1 ]& ]3 W
8.   HLPUSART_RX_STA = 0;
   
9.   //
   / G8 u0 @, P( R# q) |* F) B0 H0 U
10.   printf("app restart now!\r\n");
    & u; [, G* v, a; E. d- `
11.   uint32_t rng_val = 0;
    . m5 G# d# U% Q3 \  P
12.   /* USER CODE END 2 */

复制代码

        在main函数循环体内，通过按键触发调用不同的随机数获取函数，并打印输出到lpuart1上。

1.   /* Infinite loop */
   & r8 I7 ]5 ~" t4 m5 p! D
2.   /* USER CODE BEGIN WHILE */
   
3.   while (1)
   & W5 `& S5 X3 i
4.   {
   ; ~# D/ P6 @6 H; o/ K7 i
5.             if(HLPUSART_RX_STA&0xC000){//溢出或换行，重新开始
   
6.                     //printf("%.*s\r\n",HLPUSART_RX_STA&0X0FFF, HLPUSART_RX_BUF);
   
7.                     HLPUSART_RX_STA=0;//接收错误,重新开始
   
8.                     HAL_Delay(100);//等待
   
9.             }
     p" [  K% ^9 b+ d
10.           if(KEY_0())
    ' O0 C+ v1 Y1 X. q
11.           {
    , H  z# E( A4 |, r1 \8 |3 f
12.                   rng_val = HAL_RNG_GetRandomNumber(&hrng);
    + @% b9 i+ E8 u
13.                   printf("KEY_0->RNG_GetRandomNumber:%lu\r\n",rng_val);
    8 i/ z" K. }" y" C
14.           }
    : U( A5 _- H  o1 w6 I* r
15.           if(KEY_1())
    
16.             {
    
17.                   rng_val = HAL_RNG_GetRandomNumber_IT(&hrng);
    * \" U, S2 i# Q
18.                   printf("KEY_1->RNG_GetRandomNumber_IT:%lu\r\n",rng_val);
    ) `# ?4 P& e- g" ]) [2 `+ I
19.             }
    6 e- E' |3 k8 [, l3 H6 ^
20.           if(KEY_2())
    ; G4 _" Q: S  t9 _- W  l! V4 _
21.             {
    
22.                   rng_val = HAL_RNG_ReadLastRandomNumber(&hrng);
    
23.                   printf("KEY_2->RNG_ReadLastRandomNumber:%lu\r\n",rng_val);
    
24.             }
    
25.     /* USER CODE END WHILE */

复制代码

三、编译及测试
% F: L$ Y: b+ b1 _' [        3.1 编译及下载
8 v( G- s- v, H. ~% N        点击编译按钮确保编译正确输出，并配置运行配置后，点击运行完成下载
6 v" @& O" I; ^: a0 M
5 [6 E; f2 t9 e1 D" h& L2 K8 d
# E8 W7 ^& D- t' Z: S! Q2 D
  J3 v. w0 t5 R( L& R) X) P/ L( J         3.2 测试
# u, Z5 H6 U. g# |        串口助手链接到开发板上，分别按键KEY0、KEY1、KEY2输出log如下图：

' ~) f4 @0 M& o$ n3 _/ C

         由于KEY1是中断方式读取随机数，因此我们前面重写的回调函数也会生效，但需要注意的是HAL_RNG_GetRandomNumber_IT先于HAL_RNG_ReadyDataCallback，读取了数据寄存器，连个函数是分别读取数据寄存器，因此得到的随机数是不一致的，实际项目中按需选择来应用。
+ z2 B& M/ O) O, B. |# g. a

% w7 k  U. ^3 _$ h4 ~
5 Y* @& A: W2 Y" B9 n————————————————
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) T1 S0 Q4 T- ]5 a" k+ i  \
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