第二部分 基础篇-第11章 CC2530随机数发生器

1 理论分析

1.1 CC2530 随机数发生器简介

随机数发生器有如下功能。
 产生伪随机字节，可以被 CPU 读取，或由命令选通处理器直接使用。
 计算写入到 RNDH 的 CRC16 字节。
 由写入到 RNDL 的值播种。
随机数发生器是一个 16 位的线性反馈移位寄存器 LFSR，带有多项式 X 16 + X15 + X 2 +1（即 CRC16） 。根据执行的操作，它使用不同级别的展开值。基本的形式（不展开）如下图所示。当 ADCCON1.RCTRL=11 时，随机数发生器就关闭。

图 1 随机数发生器的基本结构

1.2 CC2530 随机数发生器的运行

随机数发生器的运行是由 ADCCON1.RCTRL 位控制的。LFSR 的 16 位移位寄存器的当前值可以从 RNDH 和 RNDL 寄存器中读取。
1、伪随机数序列的生成
默认操作（ADCCON1.RCTRL 是 00）是命令选通处理器每次读取随机值，就通知LFSR 一次（不展开的 13x，其中通知不展开的 13x 意味着执行 13 次反馈移位的一个操作等式） 。这保证来自 LFSR 末端的 LSB 一个新的伪随机字节的有效性。更新 LFSR的另一种方式是设置 ADCCON1.RCTRL 为 01。这将每次通知 LFSR（不展开的 13x） ，且当操作完成时，ADCCON1.RCTRL 位将自动清除。
2、种子数的产生
LFSR 可以通过写入 RNDL 寄存器两次产生种子数。每次写入 RNDL 寄存器，LFSR 的 8 位 LSB 复制到 8 位 MSB，8 位 LSB 被替换为写入 RNDL 的新的数据字节。当需要一个真正的随机值，LFSR 应通过写入 RNDL 产生种子，随机值来自在 RF接收路径的 IF_ADC。要使用这种产生种子的方法，无线电必须首先上电。无线电应处于无限 TX 状态，以避免 RX 状态可能的同步检测。来自 IF_ADC 的随机值从 RF 寄存器 RFRND 中读出。读出的值作为种子值写入 RNDL 寄存器，如上所述。注意这可以在为正常任务使用无线电时完成。
请注意种子值 0x0000 或 0x8003 将总会导致 LFSR 中的值通知之后不改变，因为没有值通过 in_bit 推入，因此，不能用于随机数的产生。
3、CRC16
LFSR 也可以用于计算一个字节序列的 CRC 值。 写入 RNDH 寄存器的操作将触发一个 CRC 计算。新的字节从 MSB 末端处理，使用一个 8x 的未展开式，这样一个新的字节可以在每个时钟周期写入到 RNDH。注意在开始 CRC 计算之前，LFSR 必须通过写 RNDL 正确产生随机数。通常产生的用于 CRC 计算的种子数值应该是 0x0000 或0xFFFF。

2 实验详解

2.1 实验目的

1）、了解 CC2530 随机数发生器的功能；
2）、掌握 CC2530 的随机数发生器的使用。

2.2实验设备

硬件：PC 机一台，ZB2530（底板、核心板、仿真器、USB 线）一套；
软件：2000/XP/win7 系统，IAR 8.20 集成开发环境。

2.3实验分析

本实验用到了串口、随机数发生器相关寄存器，在此只给出随机数发生器的相关寄存器。

表1随机数发生器数据低字节

表2随机数寄存器RNOH

2.5参考代码（部分代码）

/**Includes*********************************************************************/
#include "ioCC2530.h"
#include "Uart.h"
#include "hal.h"

/**宏定义***********************************************************************/
#define KEY1 P0_4  
#define LED1 P1_0

/**函数声明*********************************************************************/
void Init_RandomGenerator(void);

/**全局变量*********************************************************************/
uint Random=0;// Random Sequence
char TX_data[4];

/**
  * @brief     主函数
  * @param     None
  * @retval    None
  */
void main(void)
{      
  uint Data_H,Data_L;

  SetSysClock();  //设置系统时钟为32MHz  
  InitUART();  //初始化串口
  Init_RandomGenerator(); //初始化随机数发生器   

  while(1)
  {       

    //更新LFSR    
    ADCCON1 |= 0x04;

    // Read Randomom register                 
    Data_H=RNDH;  //读相关寄存器
    Data_L=RNDL;

    Random = (((uint)Data_H << 8) | Data_L);//获取随机数
    memset(TX_data, 0, sizeof(TX_data));

    TX_data[0]=(char)(Random/4096);   //数据处理
    TX_data[1]=(char)((Random%4096)/256);
    TX_data[2]=(char)(((Random%4096)%256)/16);
    TX_data[3]=(char)(((Random%4096)%256)%16);

    UartSend_String(TX_data,4);  //串口发给电脑显示

    Delayms(1000);
  }
}

/**
  * @brief     初始化随机数发生器
  * @param     None
  * @retval    None
  */
void Init_RandomGenerator(void)
{  
   /*当需要一个真正的随机值，LFSR 应通过写入RNDL 产生种子，
     随机值来自在RF 接收路径的IF_ADC。要
     使用这种产生种子的方法，无线电必须首先上电*/
    RFRND = 0x04;

   // 等待上电完毕
    while( RFRND & 0x10 );

   //无线电应处于无限TX 状态，以避免RX 状态可能的同步检测
    RFST = 0xE2;
    Delayms(1);

    /*RCTRL[1:0]---控制16 位随机数发生器
      [00：] 正常运行。(13X 型展开)*/
    ADCCON1 &= ~0x0C;   

    RNDH = ADCTEST2;

    /*更新LFSR 的一种方式是设置ADCCON1.RCTRL 为01。
      [01：] LFSR 的时钟一次(没有展开).*/
    ADCCON1 |= 0x04;
}

2.6实验现象

编译下载程序到开发板上，通过串口可以看到随机数打印出来。

图2
【注】通过设置时，要以16进制方式查看。

附：管理随机数发生器的寄存器类型

●RNDL (0xBC) - 随机数发生器数据低字节
●RNDH (0xBD)–随机寄存器 RNDH

本章参考代码

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