硬件随机数发生器

RNG处理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 32 位的随机数。

提供由模拟量发生器产生的 32 位随机数
两个连续随机数的间隔为 40 个 PLL48CLK 时钟信号周期
通过监视 RNG 熵来标识异常行为（产生稳定值，或产生稳定的值序列）
可被禁止以降低功耗

原理

原理图

LFSR寄存器的原理介绍：详解线性反馈移位寄存器（LFSR）——引用知乎：come back

随机数发生器采用模拟电路实现。此电路产生馈入线性反馈移位寄存器 (RNG_LFSR) 的种子，用于生成 32 位随机数。
该模拟电路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种子。RNG_LFSR由专用时钟 (PLL48CLK) 按恒定频率提供时钟信息，因此随机数质量与 HCLK 频率无关。当将大量种子引入RNG_LFSR 后，RNG_LFSR 的内容会传入数据寄存器 (RNG_DR)。
同时，系统会监视模拟种子和专用时钟 PLL48CLK。状态位（RNG_SR 寄存器中）指示何时在种子上出现异常序列，或指示何时 PLL48CLK 时钟频率过低。检测到错误时生成中断。

寄存器

RNG 与控制寄存器、数据寄存器和状态寄存器相关联。必须通过字（32 位）进行访问。

RNG 控制寄存器 (RNG_CR)

仅使用2、3位，其他位保留，必须保持复位值。

RNG 状态寄存器 (RNG_SR)

RNG 数据寄存器 (RNG_DR)

RNG_DR 寄存器是只读寄存器，在读取时提供 32 位随机数值。读取后，此寄存器在最多 40 个 PLL48CLK 时钟周期后，提供新的随机数值。在读取 RNDATA 值之前，软件必须检查 DRDY 位是否已置 1。

实验

使用RNG生成随机数，通过串口显示。
此实验仅获取随机数，暂不对随机数产生错误时的中断做出处理。

使用及配置步骤

使能RNG时钟。该时钟来自PLL48CK。
使能RNG，即CR中的RNGEN位置1。
根据SR中的DRDY标志位可以判断是否能读取随机数。

代码

串口的作用只做显示，无需从PC发送数据，因此也无需配置中断。此处我直接使用了我另一篇文章串口通信+固定首尾帧传输数据中的串口配置源文件和头文件，不再贴出。

rng.c

/*********************************
    函数名：rng_init
    简介：初始化RNG
    参数：无
    返回：0 --初始化成功
         1 --初始化超时，失败
**********************************/
uint8_t rng_init(void)
{
    uint16_t retry = 0;
    
    //使能RNG时钟
    RCC_AHB2PeriphClockCmd(RCC_AHB2Periph_RNG, ENABLE);
    RNG_Cmd(ENABLE);//使能RNG
    
    while(RNG_GetFlagStatus(RNG_FLAG_DRDY) == RESET && retry < 10000)
    {
        retry++;
        delay_us(100);
    }
    if(retry >= 10000)return 1;//100us×10000=1s
    return 0;
}

/*********************************
    函数名：rng_get_random
    简介：获取32位随机数
    参数：无
    返回：32位随机数
**********************************/
uint32_t rng_get_random(void)
{
    while(RNG_GetFlagStatus(RNG_FLAG_DRDY) == RESET);//等待至随机数准备好
    return RNG_GetRandomNumber();
}

/*********************************
    函数名：rng_get_range_random
    简介：获取[min, max]内随机整数
    参数：int min --下限
          int max --上限
    返回：[min, max]内随机整数
**********************************/
int rng_get_range_random(int min, int max)
{
    return rng_get_random() % (max - min + 1) + min;
}

main.c

#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "rng.h"

int main(void)
{
    uint32_t random;
    int num;
    
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置系统中断优先级分组2
    delay_init(168);		//延时初始化
    usart_init(); //串口初始化波特率为115200
    LED_Init(); //初始化与LED连接的硬件接口
    
    while(rng_init()) //初始化RNG
    {
        delay_ms(200);
        printf("RNG准备中...");
        printf("\r\n\r\n");
    }
    printf("RNG准备完成！");
    printf("\r\n\r\n");
    
    while(1)
    {
        LED0 = !LED0;
        random = rng_get_random();
        //USART_SendData(USART3, random);
        //while(USART_GetFlagStatus(USART3, USART_FLAG_TC) != SET);
        printf("%u", random);
        printf("\r\n\r\n");
        delay_ms(200);
        
        num = rng_get_range_random(0, 9);
        //USART_SendData(USART3, (u16)num);
        //while(USART_GetFlagStatus(USART3, USART_FLAG_TC) != SET);
        printf("%u", num);
        printf("\r\n\r\n");
        while(USART_GetFlagStatus(USART3, USART_FLAG_TC) != SET);
        delay_ms(200);
	}
}

另外，之所以能使用 printf 函数在串口中打印数据，是在 usart.c 中有如下预编译代码：

//支持printf
#if 1
#pragma import(__use_no_semihosting) //不使用半主机模式
//标准库需要的支持函数
struct __FILE 
{ 
	int handle; 
}; 

FILE __stdout;
//定义_sys_exit()以避免使用半主机模式    
_sys_exit(int x)
{ 
	x = x; 
} 
//重定义fputc函数 
int fputc(int ch, FILE *f)
{
	while((USART3->SR & 0X40)==0);//循环发送,直到发送完毕，这里根据自己使用的串口更改
	USART3->DR = (u8) ch;      
	return ch;
}
#endif