本應(yīng)用筆記介紹如何利用DS4溫度寄存器的最低2790位產(chǎn)生16位隨機(jī)值。本說明還提供了用于生成 16 位隨機(jī)值的示例 C 代碼。

介紹

隨機(jī)數(shù)用于許多加密和身份驗(yàn)證方案。隨機(jī)數(shù)的生成涉及查找隨機(jī)行為并使用此行為生成隨機(jī)值。因此，使用微控制器生成隨機(jī)數(shù)可能是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，因?yàn)槲⒖刂破鹘?jīng)常表現(xiàn)出重復(fù)行為。

幸運(yùn)的是，DS2790允許設(shè)計(jì)人員使用溫度寄存器的最低4位來產(chǎn)生16位隨機(jī)值。雖然數(shù)據(jù)手冊(cè)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(bào)告。此功能，加上寄存器的最低4位是高度隨機(jī)的，使其成為生成16位隨機(jī)值的理想選擇。

擴(kuò)展溫度數(shù)據(jù)是隨機(jī)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(yán)格控制的溫度環(huán)境中會(huì)迅速暴露非隨機(jī)溫度值。下面的數(shù)據(jù)顯示了內(nèi)存中存儲(chǔ)溫度的地址的最低 4 位。

表 1.DS2790的擴(kuò)展溫度數(shù)據(jù)

值列以十六進(jìn)制顯示溫度寄存器最低 4 位的值。“計(jì)數(shù)”列顯示每個(gè)值在大約 24 小時(shí)內(nèi)出現(xiàn)的次數(shù)。在完全隨機(jī)的系統(tǒng)中，給定無限的時(shí)間來監(jiān)測(cè)DS2790的行為，我們會(huì)看到每個(gè)值在1/16的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)。增量計(jì)數(shù)列顯示與理想 1/16 值相比，每個(gè)值出現(xiàn)的次數(shù)的絕對(duì)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(jī)行為與 1/16 時(shí)間發(fā)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(jī)的。

生成 16 位隨機(jī)數(shù)

為了確保在需要時(shí)隨機(jī)數(shù)可用，該示例會(huì)在每次完成溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)更新隨機(jī)值。若要生成 16 位隨機(jī)數(shù)，請(qǐng)使用以下步驟。

將DS2790配置為在溫度轉(zhuǎn)換完成時(shí)產(chǎn)生中斷。

注意溫度中斷發(fā)生的時(shí)間。

發(fā)生中斷時(shí)，將溫度寄存器的最低4位移入變量。

這些步驟導(dǎo)致DS2790每220ms （標(biāo)稱值）產(chǎn)生一個(gè)溫度轉(zhuǎn)換中斷。由于每次溫度轉(zhuǎn)換提供 4 位，并且我們正在生成一個(gè) 16 位數(shù)字，因此每 880ms（標(biāo)稱值）提供一個(gè)全新的隨機(jī)數(shù)。

示例 C 代碼

下面的示例 C 代碼生成一個(gè) 16 位隨機(jī)值，該值可用作全局變量rand_num。請(qǐng)注意，必須初始化該器件，以便在溫度中斷完成時(shí)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