本應用筆記介紹如何利用DS2790溫度寄存器的最低4位產生16位隨機值。本說明還提供了用于生成 16 位隨機值的示例 C 代碼。

介紹

隨機數用于許多加密和身份驗證方案。隨機數的生成涉及查找隨機行為并使用此行為生成隨機值。因此，使用微控制器生成隨機數可能是一項艱巨的任務，因為微控制器經常表現出重復行為。

幸運的是，DS2790允許設計人員使用溫度寄存器的最低4位來產生16位隨機值。雖然數據手冊中只有溫度寄存器的最高11位被定義為溫度信息，但所有16位都被報告。此功能，加上寄存器的最低4位是高度隨機的，使其成為生成16位隨機值的理想選擇。

擴展溫度數據是隨機的嗎？

表1是將DS2790浸入受控溫度浴中得出的。將器件放置在如此嚴格控制的溫度環境中會迅速暴露非隨機溫度值。下面的數據顯示了內存中存儲溫度的地址的最低 4 位。

表 1.DS2790的擴展溫度數據

值列以十六進制顯示溫度寄存器最低 4 位的值。“計數”列顯示每個值在大約 24 小時內出現的次數。在完全隨機的系統中，給定無限的時間來監測DS2790的行為，我們會看到每個值在1/16的時間內出現。增量計數列顯示與理想 1/16 值相比，每個值出現的次數的絕對誤差。Delta-Avg 列顯示的誤差與理想 1/16 值的百分比相同，即理想隨機行為與 1/16 時間發生的值之間的百分比差異。非常低的百分比值表明溫度寄存器的最低4位是高度隨機的。

生成 16 位隨機數

為了確保在需要時隨機數可用，該示例會在每次完成溫度轉換結果時更新隨機值。若要生成 16 位隨機數，請使用以下步驟。

將DS2790配置為在溫度轉換完成時產生中斷。

注意溫度中斷發生的時間。

發生中斷時，將溫度寄存器的最低4位移入變量。

這些步驟導致DS2790每220ms （標稱值）產生一個溫度轉換中斷。由于每次溫度轉換提供 4 位，并且我們正在生成一個 16 位數字，因此每 880ms（標稱值）提供一個全新的隨機數。

示例 C 代碼

下面的示例 C 代碼生成一個 16 位隨機值，該值可用作全局變量rand_num。請注意，必須初始化該器件，以便在溫度中斷完成時啟用中斷。溫度中斷在代碼中定義為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. */
                }
        }?
}

審核編輯：郭婷