อะไรคือเมล็ดพันธุ์ที่เล็กที่สุดและง่ายที่สุดสำหรับเครื่องกำเนิดเลขสุ่ม?

ไมโครคอนโทรลเลอร์ขนาดเล็ก (Atmel 8 บิต) ควบคุมไฟจำนวนหนึ่งเพื่อนำเสนอการแสดงแสงที่มีลำดับแสงแบบสุ่มจำนวนมาก

หลอกที่เหมาะสม -RNG ทำงานได้ดี แต่ฉันกำลังมองหาเมล็ดพันธุ์ที่ดีสำหรับมัน เมล็ดจะมีความจำเป็นเพราะถ้ามีคนเปิดอุปกรณ์หลายอย่างพร้อมกันมันจะไม่ดูดีถ้าพวกเขาสร้างลำดับของเอฟเฟกต์เดียวกันจนกว่าพวกเขาจะค่อยๆแยกออกจากกันเนื่องจากความแตกต่างเล็ก ๆ ในแหล่งสัญญาณนาฬิกาของแต่ละคน

วิธีที่ดีมากในการหว่านหลอก -RNG ซึ่งฉันใช้บ่อยเป็นไปได้ในกรณีของอุปกรณ์ที่ต้องเริ่มต้นด้วยการกดปุ่มหรือพลิกของสวิตช์ ทันทีที่เปิดใช้งาน µc ตัวจับเวลาอย่างรวดเร็วสามารถเริ่มต้นได้และค่าของตัวจับเวลานี้จะรวมค่า RNG ทันทีที่กดปุ่มเป็นครั้งแรก

ปัญหาคือในสถานการณ์นี้ไม่มีปุ่ม โปรแกรมจะต้องเริ่มต้นทันทีที่เปิดอุปกรณ์

สถานที่บน PCB มีข้อ จำกัดอย่างมาก (ไม่มีอะไรมากไปกว่าชิ้นส่วน SMD ขนาดเล็กที่สุดบางชิ้นที่อาจพอดี) ดังนั้นฉันจึงกำลังมองหาทางออกที่เล็กที่สุดและง่ายที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ดังนั้นฉันจะออกกฎแฟนซีโซลูชั่นเช่นฮาร์ดแวร์ RNG จริง, เครื่องรับวิทยุ ฯลฯ

สิ่งที่ฉันมีคือตัวจับเวลาตัวนับ 16 บิตใน CPU และพอร์ตที่ไม่ได้ใช้ซึ่งเข้าถึง ADC

วิธีแก้ปัญหาปัจจุบันของฉันคือใช้ตัวต้านทาน (ไม่แม่นยำเท่าที่จะเป็นไปได้) เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าครึ่งหนึ่งให้กับขา ADC และให้ค่า RNG ด้วยค่าการแปลง AD ครั้งแรก อย่างไรก็ตามปัจจุบันตัวต้านทาน 10% ส่วนใหญ่มีความไม่ถูกต้องต่ำกว่า 1% (มันคงจะสนุกที่จะจินตนาการถึงหน้าตาของซัพพลายเออร์เมื่อฉันบอกพวกเขาว่าเราต้องการตัวต้านทาน SMD คุณภาพต่ำที่สุดที่พวกเขาสามารถพบได้) ดังนั้นจึงมีโอกาสสูงมาก หลายหน่วยเริ่มต้นด้วยเมล็ดเดียวกัน

ทางเลือกที่ดีกว่าคือการแปลงหลายครั้งและสร้างมูลค่าจากบิตที่มีนัยสำคัญน้อยที่สุดของการวัดเหล่านี้ อย่างไรก็ตามฉันใช้ ADC ของประเภทนี้มาก่อนและฉันรู้ว่ามันแม่นยำมาก การใช้ ADC ด้วยความเร็วที่เร็วที่สุดอาจช่วยได้ที่นี่

ไม่มีใครมีข้อเสนอแนะที่ดีกว่า? เมล็ดไม่จำเป็นต้องกระจายอย่างสมบูรณ์แบบสม่ำเสมอ แต่ยิ่งกระจายเท่ากันก็ยิ่งดีเท่านั้น เมล็ดพันธุ์ขนาด 16 บิตที่มีการกระจายที่สมบูรณ์แบบนั้นเป็นความฝันที่ดีเกินจริง แต่ฉันคิดว่าการกระจายที่เหมาะสมครึ่งทางมากกว่า 5 หรือ 6 บิตอาจเพียงพอ

ใส่ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุแบบขนานระหว่างพิน A / D และกราวด์ ทำให้ตัวต้านทานค่อนข้างสูงโดยเฉพาะอย่างยิ่งเหนือข้อกำหนดอิมพิแดนซ์สัญญาณอินพุตสำหรับ A / D ทำให้ค่าเวลา RC คงที่ประมาณ 10 .s ตัวอย่างเช่น 100 kΩและ 100 pF ฟังดูเหมือนเป็นการผสมผสานที่ดี

ในการรับค่าที่มีการสุ่มลองขับหมุดให้สูงสักครู่แล้วตั้งค่าเป็นอิมพีแดนซ์สูงและใช้ A / D อ่านหลังจากนั้นไม่กี่วินาที โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากคุณใช้เวลาในการเก็บ A / D อย่างไม่ถูกต้องแรงดันไฟฟ้าที่จะเห็นจะขึ้นอยู่กับค่า R และ C กระแสรั่วไหลของพินเสียงรบกวนรอบข้างและอุณหภูมิอื่น ๆ

หยิบบิตต่ำหรือสองบิตต่ำแล้วทำซ้ำตามความจำเป็นเพื่อรับบิตสุ่มจำนวนเท่าใดก็ได้

สำหรับรูปแบบการสุ่มที่มากขึ้นให้ทำตามโพรซีเดอร์นี้เป็นครั้งคราวและฉีดผลลัพธ์ A / D จำนวนเล็กน้อยลงในตัวสร้างตัวเลขสุ่มที่คุณใช้อยู่

ตัวเลือกที่เป็นไปได้:

1. ตั้งโปรแกรมหมายเลขซีเรียลเฉพาะไว้ล่วงหน้าสำหรับแต่ละอุปกรณ์ หากคุณมีอัลกอริทึม RNG ที่ดีพอแม้แต่รายการลำดับของที่อยู่อนุกรมจะให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกัน

2. ขึ้นอยู่กับ MCU / การตั้งค่าของคุณคุณอาจมีแหล่งสัญญาณนาฬิกาสองแบบที่แตกต่างกันสำหรับนาฬิการะบบและอินพุตตัวนับ หากหนึ่ง / ทั้งสองนี้มีความแปรปรวนอย่างมีนัยสำคัญคุณสามารถใช้สิ่งนี้เพื่อสร้างเมล็ดที่แตกต่างกันอย่างเหมาะสม นี่คือตัวอย่างที่ผมเขียนซึ่งใช้เวลาจ้องจับผิดของ Arduino ภายในและนาฬิการะบบ

3. ใช้ทรานซิสเตอร์ BJT และสร้างแอมพลิฟายเออร์ที่ขึ้นกับเบต้าขั้นสูง สามารถอ่านได้จาก ADC สำหรับเมล็ด

4. โดยทั่วไปแล้วตัวเก็บประจุ / ตัวเหนี่ยวนำจะถูกระบุให้มีค่าความคลาดเคลื่อนที่ต่ำกว่าตัวต้านทาน คุณสามารถสร้างวงจรฟิลเตอร์ (RC, RL, LC) ได้ด้วยสิ่งเหล่านี้และวัดเอาท์พุทด้วย ADC

หน่วยความจำเริ่มต้น

คุณสามารถลองใช้หน่วยความจำที่ไม่ได้กำหนดค่าเริ่มต้นในคอนโทรลเลอร์ไมโคร เคล็ดลับคือการหาบิตที่มี flip-flop ที่ 'สมดุล' มากที่สุดและเป็นแบบสุ่ม ขั้นตอนคือการอ่านหน่วยความจำทั้งหมดรีเซ็ตและทำซ้ำสองสามครั้งเพื่อวัดบิตที่สุ่มอย่างแท้จริง จากนั้นคุณใช้แผนที่นี้เพื่ออ่านบิตสุ่มที่เพียงพอในการหว่าน PRNG หรือ LFSR ของคุณ!

วิธีการนี้จะช่วยให้คุณเมล็ดสุ่มแม้จะมีฮาร์ดแวร์ที่เหมือนกันมีรายละเอียดมากขึ้น (และการเชื่อมโยง) ที่มีอยู่ในนี้สับวันบทความ

ฉันชอบวิธีนี้เพราะไม่ต้องใช้วงจรหรือพินใด ๆ เพิ่มเติม AVR ของคุณมี RAM อยู่แล้วคุณเพียงแค่ต้องค้นหาบิตที่ไม่เสถียร (สุ่ม) ขั้นตอนการทำแผนที่อาจเป็นไปโดยอัตโนมัติ คุณสามารถใช้รหัสและขั้นตอนเดียวกันกับอุปกรณ์แต่ละเครื่องและมีผลการสุ่มอย่างแท้จริง!

สิ่งที่ฉันทำสำหรับเครื่องเล่น MP3 ที่มีความสามารถแบบสุ่มคือเพียงแค่ใช้ซีเควนซ์แบบลำดับที่ต่างกันในทุก ๆ การเปิดเครื่อง ฉันเริ่มต้นที่ 1 และเก็บสิ่งนี้ไว้ใน EEPROM เพื่อที่รอบพลังงานถัดไปฉันใช้ 2 ฯลฯ นี่คือบน ATMEGA168 ในฐานะที่เป็น helloworld922 ตั้งข้อสังเกตแม้แต่เมล็ดลำดับง่าย ๆ จะสร้างลำดับสุ่มหลอกแตกต่างกันอย่างสมบูรณ์

ฉันใช้เครื่องกำเนิดแบบลำดับเชิงเส้นตรงสมภาคหนึ่งนี่เป็นการกระจายแบบสม่ำเสมอ

int i;
seed = seed * 2053 + 13849;
i = (seed % max) + 1;  // max is the maximum value I want out of the function

แน่นอนถ้าคุณต้องการให้หลายหน่วยมีลำดับที่แตกต่างกันแม้ว่าพวกเขาอาจมีจำนวนรอบการใช้พลังงานเท่ากันคุณก็ต้องมีบางสิ่งที่จะเริ่มต้นโดยการสุ่ม

สิ่งนี้สามารถทำได้โดยวิธีใด ๆ ที่เสนอโดยผู้โพสต์คนอื่น ๆ - วิธีหนึ่งที่ฉันคิดว่าสามารถใช้ AC zero cross ในการประมวลผลได้ถ้าคุณมี (สำหรับการควบคุมเฟสของหลอดไฟ)? สิ่งนี้สามารถใช้เพื่อสุ่มตัวอย่างตัวจับเวลาในการข้ามครั้งแรกหลังจากเปิดเครื่องแล้วใช้เป็นเมล็ด

มีปุ่มกดใด ๆ บนตัวเครื่องเพื่อเลือกโหมด ฯลฯ หรือไม่? ถ้าเป็นเช่นนั้นคุณสามารถสุ่มตัวอย่างตัวนับในครั้งแรกที่ปุ่มถูกกดหลังจากโปรแกรมถูกตั้งโปรแกรมให้คุณสามารถสร้างเมล็ดพันธุ์แบบสุ่มในขั้นต้นและเก็บไว้ใน EEPROM ทุกพลังหลังจากจุดนี้จะใช้เมล็ดพันธุ์ที่เก็บไว้

ADC เป็นแหล่งข้อมูลที่ดีมากสำหรับการสุ่ม

คุณไม่จำเป็นต้องพึ่งพาค่าความคลาดเคลื่อนของตัวต้านทาน ตัวต้านทานใด ๆ จะสร้างเสียงรบกวนจากความร้อนและผลกระทบทางกายภาพที่เหมือนกันจะทำให้เกิดเสียงรบกวนใน ADC เมื่อทำขั้นตอนการสุ่มตัวอย่างและการแปลงทั้งหมด (แผ่นข้อมูลจะบอกคุณเกี่ยวกับปริมาณเสียงรบกวนและการตั้งค่าใดที่แย่ที่สุด / ดีที่สุด)

คุณไม่ควรปล่อยให้พิน ADC ลอย; สิ่งนี้อาจทำให้แรงดันไฟฟ้าลอยไปไกลเกินไปและอาจทำให้อินพุตเสียหาย
(MCU หลายตัวอนุญาตให้คุณใช้แรงดันไฟฟ้าครึ่งหนึ่งเป็นอินพุต ADC สำหรับการสอบเทียบซึ่งจะช่วยลดตัวต้านทานภายนอกและยังคงส่งเสียงรบกวนอีกครั้งดูแผ่นข้อมูลสำหรับการกำหนดค่าที่แย่ที่สุด / ดีที่สุด)

คุณไม่จำเป็นต้องพึ่งพาการวัด ADC เพียงครั้งเดียว คุณสามารถรวมการวัดหลายรายการเข้ากับฟังก์ชันแฮชหรือเช็คซัมได้ง่าย (CRC น่าจะพอเพียง) หากคุณต้องการเริ่มใช้ RNG ทันทีคุณสามารถรวมผลลัพธ์ ADC เข้ากับเมล็ดพันธุ์ RNG ปัจจุบันได้ในภายหลัง

คุณสามารถบันทึกเมล็ดพันธุ์จากเซสชั่นไปยังเซสชั่น? ถ้าเป็นเช่นนั้นเป็นไปได้ไหมที่จะเปิดทุกหน่วยในช่วงเวลาสุ่มเมื่อสร้าง? ด้วยวิธีนี้ทุกหน่วยจะถูกจัดส่งด้วยเมล็ดที่ตั้งไว้ล่วงหน้าซึ่งไม่น่าจะเหมือนกัน

ความคิดอื่น: คุณจะเชื่อมโยงหลาย ๆ หน่วยเข้าด้วยกันอย่างไรเพื่อให้พวกเขาเปิดพร้อมกัน? หากอยู่ในอนุกรมให้เพิ่มตัวเก็บประจุบางชนิดเพื่อให้อุปกรณ์ (n + 1) th เริ่มรอบนาฬิกาสองสามรอบหลังจากอุปกรณ์ที่ n ตามหลักการแล้วตัวเก็บประจุจะคายประจุออกอย่างรวดเร็วเมื่อปิดอุปกรณ์ดังนั้นทุกครั้งที่มีการเริ่มต้น / รีสตาร์ทจะมีช่องว่างขนาดใหญ่ขึ้นระหว่างลำดับ

หากอยู่ในแนวขนานคุณยังสามารถสุ่มเวลาเริ่มต้นได้เล็กน้อย ฉันคิดว่ามีการกรองพลังงานบางชนิดโดยใช้ตัวเก็บประจุ ถ้าเป็นเช่นนั้นการประดิษฐ์อุปกรณ์ที่มีวงจรกรองแตกต่างกันเล็กน้อยจะทำให้แต่ละอุปกรณ์เริ่มต้นในเวลาที่แตกต่างกันเล็กน้อยทำให้เกิดความแตกต่างหลังจากรีสตาร์ทหลายครั้ง

รูปแบบของสิ่งนี้คือการเพิ่มความแปรปรวนให้กับสัญญาณนาฬิกาของคุณถ้าเป็นไปได้ ความแตกต่างของความเร็วนาฬิกา 0.1% อาจมีผลกระทบเล็กน้อยต่อการแสดงแสงในขณะที่การเปลี่ยนแปลงอัตราที่คุณสำรวจตาราง PRNG ค่อนข้างเร็ว

หากคุณทำงานในแหล่งสัญญาณนาฬิกา "สอบเทียบ" ภายใน คุณไม่สามารถบันทึกเมล็ดพันธุ์หลังจากผ่านไประยะหนึ่งแล้ว นาฬิกาจะลอยและมันจะแตกต่างจากหน่วยหนึ่งถึงหนึ่งหน่วย หากต้องการบันทึกค่าใหม่หลังจากผ่านไประยะหนึ่ง (อาจจะประมาณ 10 นาทีหรือมากกว่านั้นหรือหลังจากนั้นไม่นานพอที่จะเกิดขึ้นภายในเวลาปกติสำหรับอุปกรณ์อุปกรณ์ที่เปิดอยู่จะมีโอกาสมากขึ้นที่จะประหยัดได้มากขึ้น ค่า "แตกต่าง" ใน EEPROM

นอกจากนี้ยังใช้การก้าวกระโดดทุกครั้งและจากนั้น (ไม่บ่อย) และส่งใหม่ในขณะที่อุปกรณ์เปิดอยู่ (บันทึกค่าใหม่นี้ใน EEPROM)

สิ่งที่เกี่ยวกับการขยายความคิดดั้งเดิมของคุณของการแปลง AD ตามตัวต้านทานที่แตกต่างกันโดยการเพิ่ม LDR หรือเทอร์มิสเตอร์ (สิ่งแรกที่จะต้องสามารถ "มอง" ข้างนอกฉันไม่รู้ว่ามันเป็นไปได้หรือไม่ แต่ความแปรผันของแสงอาจสูงกว่าความแปรผันของอุณหภูมิระหว่างอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่เริ่มในเวลาเดียวกันในที่เดียวกัน .. )

2 วิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้ทั้งคู่สมมติว่าคุณต้องการเมล็ดพันธุ์ที่ไม่ซ้ำกันต่อหน่วย

1. หากคุณแฟลชหน่วยของคุณทีละหนึ่งในโรงงานไฟล์ hex สามารถแก้ไขได้โดยทางโปรแกรมโดยสคริปต์กลางบางอย่างในโปรแกรมเมอร์ หากควบคุมด้วยพีซีคุณสามารถเขียนทับการกำหนดค่าเริ่มต้นด้วยวันที่และเวลา รับประกันว่าจะไม่ซ้ำกันสำหรับแต่ละหน่วย!

2. อุปกรณ์สายไฟดัลลัส 1 ใช้เพียงหนึ่งพินและแต่ละตัวมาพร้อมกับหมายเลขซีเรียล 64 บิตที่ไม่ซ้ำกัน คุณสามารถใช้สิ่งนี้เป็นเมล็ดพันธุ์

คุณสามารถปล่อยให้พิน ADC ลอยตัวเพื่อป้อนตัวสร้างหมายเลขสุ่ม (RNG) ด้วยเสียงที่บันทึกไว้ มันควรจะเพียงพอที่จะสร้างเมล็ดพันธุ์หรือใช้เป็นเครื่องกำเนิด RNG

อย่าลืมใช้เวลาแปลงขั้นต่ำที่เป็นไปได้

โซลูชันอื่นอาจเป็นเครื่องกำเนิดเสียงที่ใช้กับขา ADC