2021年12月08日 | STM32F4学习笔记12——RNG随机数发生器

RNG主要特性

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。

RNG的主要特性

● 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

RNG功能描述

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。

操作

要运行 RNG，请按以下步骤操作：

1.如果需要，使能中断（为此，将 RNG_CR 寄存器中的 IE 位置 1）。准备好随机数时或 出现错误时生成中断。

2. 通过将 RNG_CR 寄存器中的 RNGEN 位置 1 使能随机数产生。这会激活模拟部分、RNG_LFSR 和错误检测器。

3. 每次中断时，检查确认未出现错误（RNG_SR 寄存器中的 SEIS 和 CEIS 位应为 0）， 并且随机数已准备就绪（RNG_SR 寄存器中的 DRDY 位为 1）。然后即可读取 RNG_DR 寄存器中的内容。

按照 FIPS PUB（联邦信息处理标准出版物）140-2 的要求，将 RNGEN 位置 1 后产生的第 一个随机数不应使用，但应保存起来，与产生的下一个随机数进行比较。随后产生的每个随机数都需要与产生的上一个随机数进行比较。如果任何一对进行比较的数字相等，则测试失败（连续随机数发生器测试）

错误管理

如果 CEIS 位的值为 1（时钟错误）

出现时钟错误时，RNG 无法再产生随机数，因为 PLL48CLK 时钟不正确。检查时钟控制器是 否正确配置，是否可提供 RNG 时钟，然后将 CEIS 位清零。当 CECS 位为 0 时，RNG 可正 常工作。时钟错误对产生的上一个随机数没有影响，因此 RNG_DR 寄存器内容可以使用。

如果 SEIS 位的值为 1（种子错误）

出现种子错误时，只要 SECS 位为 1，就会中断随机数产生。如果 RNG_DR 寄存器中有可 用随机数，不能使用该随机数，因为它可能没有足够的熵。

应执行以下操作：将 SEIS 位清零，然后将 RNGEN 位清零并置 1，以便重新初始化和重新 启动 RNG。

STM32F4的RNG库

如何使用RNG驱动

1.通过函数RCC_AHB2PeriphClockCmd(RCC_AHB2Perph_RNG,ENABLE)使能RNG控制器时钟。

2.通过函数RNG_Cmd()使能RNG。

3.等待直到随机数发生器产生有效的随机数（中断或查询模式）。

4.通过函数RNG_GetRandomNumber()得到随机数。

从上面第三步开始继续得到后面的随机数。

初始化和配置函数

这部分函数主要提供以下功能

· 初始化RNG外设

· 使能或禁止RNG外设。

void RNG_DeInit()功能：从新初始化RNG外设寄存器数据到复位值。

void RNG_Cmd(FunctionanState NewState)功能：使能或禁止RNG

得到32位随机数函数

uint32_t RNG_GetRandomNumber(void)

函数功能：返回32位随机数

调用此函数之前需要等待直到DRDY标志置位，调用函数RNG_GetFlagStatus(RNG_FLAG_DRDY)进行等待标志位。每次在的调用RNG_GetrandomNumber(void)后RNG_FLAG_DRDY标志自动清除。

在seed错误的情况下只要SECS位是1，随机数产生将被中断。如果RNG_DR寄存器中有数据可用，但是请不要使用，应为没有足够的entopy。这种情况下推荐用户通过函数RNG_ClearFlag(RNG_FLAG_SECS)清除SEIS标志，然后禁止并重新使能RNG外设（通过函数RNG_Cmd()）来从新初始化和启动RNG。

在时钟错误的情况下，应为PLL48CLK时钟的不准确，RNG将无法产生随机数。检查是否正确配置时钟控制器RNG时钟，同时清除CEIS（通过函数RNG——ClearFlag（RNG_FLAG_CECS））位。当CECS位是0的时候RNG次啊能正常工作。时钟错误对先前残生的随机数没有影响，RNG_DR寄存器中的数据仍然可以使用。

中断标志管理

· 标志

RNG_FLAG_DRDY：RNG_DR寄存器有有效随机数时，通过读此寄存器来清除标志（可通过函数RNG_GetRandomNumber()实现）。

RNG_FLAG_CECS：seed检测错误

RNG_FLAG_SECS：时钟检测错误

· 中断

如果是能了RNG中断，下面三种情况僵尸的RNG中断会被挂起。

RNG_DR寄存器含有有效的随机数，只有通过读RNG_DR寄存器才能清除中断源，也就是清除中断挂起标志。

发生seed错误，检测到下面的错误序列之一：

64个以上的的连续位都是0或者1

32个以上出现连续的01.

通过函数RNG_ClearITPendingBit(RNG_IT_SEI)清除此中断源。

发生时钟错误，PLL48CLK不能被正确的检测到