使用DS2790生成随机数

本应用笔记介绍如何利用DS4温度寄存器的最低2790位产生16位随机值。本说明还提供了用于生成 16 位随机值的示例 C 代码。

介绍

随机数用于许多加密和身份验证方案。随机数的生成涉及查找随机行为并使用此行为生成随机值。因此，使用微控制器生成随机数可能是一项艰巨的任务，因为微控制器经常表现出重复行为。

幸运的是，DS2790允许设计人员使用温度寄存器的最低4位来产生16位随机值。虽然数据手册中只有温度寄存器的最高11位被定义为温度信息，但所有16位都被报告。此功能，加上寄存器的最低4位是高度随机的，使其成为生成16位随机值的理想选择。

扩展温度数据是随机的吗？

表1是将DS2790浸入受控温度浴中得出的。将器件放置在如此严格控制的温度环境中会迅速暴露非随机温度值。下面的数据显示了内存中存储温度的地址的最低 4 位。

表 1.DS2790的扩展温度数据

价值	计数	增量计数	三角洲平均
0	23657	-453.625	-1.8814%
1	23822	-288.625	-1.1971%
2	24422	311.375	1.2914%
3	24091	-19.625	-0.0814%
4	24222	111.375	0.4619%
5	23994	-116.625	-0.4837%
6	24218	107.375	0.4453%
7	24258	147.375	0.6112%
8	24612	501.375	2.0795%
9	23984	-126.625	-0.5252%
一个	23974	-136.625	-0.5667%
B	24005	-105.625	-0.4381%
C	24178	67.375	0.2794%
D	24066	-44.625	-0.1851%
E	23954	-156.625	-0.6496%
F	24313	202.375	0.8394%
共计数：	385770
总数的 1/16：	24110.625

值列以十六进制显示温度寄存器最低 4 位的值。“计数”列显示每个值在大约 24 小时内出现的次数。在完全随机的系统中，给定无限的时间来监测DS2790的行为，我们会看到每个值在1/16的时间内出现。增量计数列显示与理想 1/16 值相比，每个值出现的次数的绝对误差。Delta-Avg 列显示的误差与理想 1/16 值的百分比相同，即理想随机行为与 1/16 时间发生的值之间的百分比差异。非常低的百分比值表明温度寄存器的最低4位是高度随机的。

生成 16 位随机数

为了确保在需要时随机数可用，该示例会在每次完成温度转换结果时更新随机值。若要生成 16 位随机数，请使用以下步骤。

将DS2790配置为在温度转换完成时产生中断。

注意温度中断发生的时间。

发生中断时，将温度寄存器的最低4位移入变量。

这些步骤导致DS2790每220ms （标称值）产生一个温度转换中断。由于每次温度转换提供 4 位，并且我们正在生成一个 16 位数字，因此每 880ms（标称值）提供一个全新的随机数。

示例 C 代码

下面的示例 C 代码生成一个 16 位随机值，该值可用作全局变量rand_num。请注意，必须初始化该器件，以便在温度中断完成时启用中断。温度中断在代码中定义为EINT_ti。

unsigned short rand_num;                /* Global random number */

/* This is the main Interrupt Service Routine*/
void FuelGaugeISR(void) __interrupt
{
char temp_low4bits;                     /* Store the low 4 bits of temperature here */

        /* Stay in the loop if there is an interrupt. */
        while (IIR & IMR_IM0 || IIR & IMR_IM1)
        {
                /* The IIR signifies if a Module 0 or Module 1 interrupt has occured.*/
                /* Module 0 will be treated with priority. */
                
                if (IIR & IMR_IM0) /* Module 0 Interrupt */
                {
                        /* Detect and Service Higher Priority Module 0 Interrupts here. */

                        if (EINT & EINT_ti) /* A temperature conversion completion int occurs every 220ms. */
                        {
                                EINT &= ~EINT_ti; /* Reset the temperature interrupt bit. */
                                
                                /* This code builds a new 16 bit random number every 4 temperature interrupts */
                                /* The global variable rand_num is fully updated every 880ms */
                                /* Next statement clears all but low 4 bits of the temperature register */
                                temp_low4bits = (char)((pADC->TEMPERATURE) & 0x000F);
                                
                                /* Next statement shifts the old random number left by 4 bits. */
                                rand_num = rand_num << 4;
                                
                                /* Next statement "shifts" the new bits in by adding them. */
                                rand_num = rand_num + temp_low4bits;            
                        }
                }
                else /* This is a module 1 interrupt. */
                {
                        /* Handle module 1 interrupts here. */
                }
        }
}

审核编辑：郭婷