一、STM32的随机数发生器
% e) G, s# Q( B, N2 c        1.1 RGN 简介
) M* c' [* m0 ]6 X+ j; {9 Z        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。

& l3 @# g1 U. A& a2 b) u        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。

! C; s  B) R- Z7 q. w        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。


& |* z8 J. m% a9 z/ n
/ d7 Q; h- L' i* L' 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。
& w$ e+ E1 [% K

4 v# Z- U4 C0 v8 Q! H/ g4 _
: j  b" C9 g* K2 F         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。
& T$ A4 Z$ p% \% o2 {  ?
1 H  R5 p- o- U6 ~9 R
' r# L) d3 C/ f, o
8 y0 ^$ L8 q/ N6 V0 l. J/ ~- o1 r" P         RNG在STM32芯片正常、睡眠的工模式下有效。
/ v: `; n" X  _3 [' V! i* @7 ~6 _


* H4 _! z7 j5 Y+ I6 E' Z* x         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。

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2 \7 ^+ P) ^/ t
二、创建RNG测试工程及HLA源码分析
         2.1 工程创建
        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。

9 \' i( ^$ S/ p& h7 @' f; Z1 a; W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。


0 `" C9 }0 P7 W8 `% L6 t# Y1 T
" B# l6 D4 t7 u# T* [4 [

         保成生成输出代码
1 r3 B3 E# o3 C. H9 D$ W( y9 ?: a
& V) M, U1 U: R! R  K5 h; p5 M        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。
# o% w! n& M# b6 m2 ~5 p% ]; s$ \
* q7 M0 p* A8 X. y9 O) K# ]' _  M0 j8 `        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。

0 P% B) Y6 D* ^! E

. I% z0 [. a8 z4 U( H         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；
7 m1 ?. G9 ^- R. S  R! P3 ~
6 i8 \, A  ?9 {1 S7 R
' _# z+ S5 @# S* l1 C4 M9 `0 P
         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）；

8 r4 b/ w7 R% G. L+ S
' \8 A- @6 W. S! g! \+ t
5 t, F" m9 F) j# m6 A! i% ~        最后开启RNG，检测种子、数据寄存器的有效性。
) m7 s5 Q/ H  G$ g: j/ ^( I. t
# B# B* j0 i4 k; O, X6 t

9 E, w: J' _  F- L! U: L; l         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）。
' E8 D( S2 ]3 v/ b) D8 R& i6 n1 U

" ]' D& n3 I' a  F6 g
         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。

1 V5 q. z. f( H, v$ M' Z" a" g- o0 D
/ u8 L7 b7 Y, b* [& [! |  F$ x: O
. k- o- I; F& b, y( l# _. c         2.3 RNG使用设计
7 B0 {4 z4 }: y% k, E! G$ h        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：
- M. z0 F0 j/ _5 D0 |

1. /* USER CODE BEGIN 1 */
   - B) S. g) E2 K4 C% \
2. void HAL_RNG_ReadyDataCallback(RNG_HandleTypeDef *hrng, uint32_t random32bit)
   3 H7 c& m% G  ~7 `9 o6 p3 p
3. {
   5 A' U' m4 c) Z  `! h  A& N
4.         printf("RNG_ReadyDataCallback:%lu\r\n",random32bit);
   % V6 F: P0 b1 u- \0 G
5. }
   5 M& w- W# ?4 f  [
6. /* USER CODE END 1 */

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2 c2 a/ ?, V( e! m; m% q  j; P5 y         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 ----------------------------------------------------------*/
   
2. /* USER CODE BEGIN Includes */
   4 h/ ]# G4 F: y7 A9 U
3. #include "../../ICore/key/key.h"
   & _! K8 l0 {+ E. n! K
4. #include "../../ICore/led/led.h"
   , x- x# I( W/ ~+ l, N7 X/ R
5. #include "../../ICore/print/print.h"
   ' e' Q* ^- z2 G. }% W! A- [: H
6. #include "../../ICore/usart/usart.h"
   2 V2 p6 G0 k7 ~* e' i( c. ^1 K  ^
7. #include "../../ICore/delay/delay.h"
   & x& o* M; ?' u& k- A5 `! }
8. /* USER CODE END Includes */

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  ~% ?6 y% ?3 S; L- q# V6 y         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 ---------------------------------------------------------*/
   6 n1 v1 a) _! B7 N! S( s; y; A
2. /* USER CODE BEGIN 0 */
   , m  m7 F2 @" b$ ?
3. extern RNG_HandleTypeDef hrng;
   
4. /* USER CODE END 0 */

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- e. T$ {5 h  x6 I7 `  d& @# m         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 */
   . ^$ K1 o$ Z, D' x' E+ C7 @) Y6 j
2.   MX_GPIO_Init();
   
3.   MX_LPUART1_UART_Init();
   
4.   MX_RNG_Init();
   $ J3 P6 o; U) @; [
5.   /* USER CODE BEGIN 2 */
   5 ^" E5 @" c  p4 f; q3 h0 M
6.   ResetPrintInit(&hlpuart1);
   
7.   HAL_UART_Receive_IT(&hlpuart1,(uint8_t *)&HLPUSART_NewData, 1); //再开启接收中断
   5 A/ c9 y# y) Z
8.   HLPUSART_RX_STA = 0;
   ! B% i: c& l* S
9.   //
   % v0 L& d; q7 g% {2 Y- h6 U/ d5 G
10.   printf("app restart now!\r\n");
    $ P) E9 t, \+ z* h. w
11.   uint32_t rng_val = 0;
    
12.   /* USER CODE END 2 */

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        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。
9 b! U3 }+ ]8 l

1.   /* Infinite loop */
   
2.   /* USER CODE BEGIN WHILE */
   9 D0 @' }, R( G
3.   while (1)
   
4.   {
   . K+ b6 {1 f2 n
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);
   4 H) Z  n# l/ I7 o6 f9 [
7.                     HLPUSART_RX_STA=0;//接收错误,重新开始
   3 }4 }4 Q/ m/ |& ^3 X) C& q
8.                     HAL_Delay(100);//等待
   
9.             }
   
10.           if(KEY_0())
    , V5 m4 l* P0 e2 b* p) q
11.           {
    1 ^; _. u4 u, k) }8 H2 j: f
12.                   rng_val = HAL_RNG_GetRandomNumber(&hrng);
    
13.                   printf("KEY_0->RNG_GetRandomNumber:%lu\r\n",rng_val);
    7 @. Z! I$ @* i
14.           }
    0 Z" z% I2 L& z5 f
15.           if(KEY_1())
    3 W% f( P+ q% a" \4 c7 I% q* _; p1 g
16.             {
    
17.                   rng_val = HAL_RNG_GetRandomNumber_IT(&hrng);
    
18.                   printf("KEY_1->RNG_GetRandomNumber_IT:%lu\r\n",rng_val);
    
19.             }
    3 f$ U, ^3 U  e2 l* W
20.           if(KEY_2())
    * Y# D+ m" I/ w0 D) c% B% @: P
21.             {
    
22.                   rng_val = HAL_RNG_ReadLastRandomNumber(&hrng);
    
23.                   printf("KEY_2->RNG_ReadLastRandomNumber:%lu\r\n",rng_val);
    0 j# ^0 f" g5 j
24.             }
    
25.     /* USER CODE END WHILE */

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6 r3 y# H, n* a9 m/ R3 M0 c三、编译及测试
        3.1 编译及下载
6 u! p6 f) X" k/ `: V        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
2 l, X: R( U2 ~7 x  q) D

( I. }: `% m4 K2 s# c
         3.2 测试
        串口助手链接到开发板上，分别按键KEY0、KEY1、KEY2输出log如下图：


2 d0 o+ X  {8 F  N
         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。
8 V/ i+ \& Z1 F8 l

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