git.gag.com Git - fw/altos/blob - src/drivers/ao_trng_send.c

   1 /*
   2  * Copyright © 2015 Keith Packard <keithp@keithp.com>
   3  *
   4  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   5  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
   6  * the Free Software Foundation; version 2 of the License.
   7  *
   8  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
   9  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  10  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  11  * General Public License for more details.
  12  *
  13  * You should have received a copy of the GNU General Public License along
  14  * with this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
  15  * 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA 02111-1307 USA.
  16  */
  17
  18 #include <ao.h>
  19 #include <ao_adc_fast.h>
  20 #include <ao_crc.h>
  21 #include <ao_trng_send.h>
  22 #include <ao_exti.h>
  23 #include <ao_power.h>
  24
  25 static struct ao_task   ao_trng_send_task, ao_trng_send_raw_task;
  26 static uint8_t          trng_running;
  27 static AO_TICK_TYPE     trng_power_time;
  28
  29 #define TRNG_ENABLE_DELAY       AO_MS_TO_TICKS(100)
  30
  31 static uint8_t          random_mutex;
  32
  33 static void
  34 ao_trng_get_raw(uint16_t *buf)
  35 {
  36         uint16_t        i;
  37         uint16_t        t;
  38         uint16_t        v;
  39
  40         t = ao_adc_get(AO_USB_IN_SIZE>>1);      /* one 16-bit value per two output bytes */
  41         for (i = 0; i < AO_USB_IN_SIZE / sizeof (uint16_t); i++) {
  42                 v = ao_adc_ring[t];
  43                 *buf++ = v;
  44                 t = (t + 1) & (AO_ADC_RING_SIZE - 1);
  45         }
  46         ao_adc_ack(AO_USB_IN_SIZE>>1);
  47 }
  48
  49 static void
  50 ao_trng_send_raw(void)
  51 {
  52         static uint16_t *buffer[2];
  53         int             usb_buf_id;
  54
  55         if (!buffer[0]) {
  56                 buffer[0] = ao_usb_alloc();
  57                 buffer[1] = ao_usb_alloc();
  58                 if (!buffer[0])
  59                         ao_exit();
  60         }
  61
  62         usb_buf_id = 0;
  63
  64         for (;;) {
  65                 ao_mutex_get(&random_mutex);
  66                 if (!trng_running) {
  67                         AO_TICK_TYPE    delay;
  68
  69                         delay = trng_power_time + TRNG_ENABLE_DELAY - ao_time();
  70                         if (delay > TRNG_ENABLE_DELAY)
  71                                 delay = TRNG_ENABLE_DELAY;
  72
  73                         /* Delay long enough for the HV power supply
  74                          * to stabilize so that the first bits we read
  75                          * aren't of poor quality
  76                          */
  77                         ao_delay(delay);
  78                         trng_running = TRUE;
  79                 }
  80 #ifdef AO_LED_TRNG_RAW
  81                 ao_led_on(AO_LED_TRNG_RAW);
  82 #endif
  83                 ao_trng_get_raw(buffer[usb_buf_id]);
  84 #ifdef AO_LED_TRNG_RAW
  85                 ao_led_off(AO_LED_TRNG_RAW);
  86 #endif
  87                 ao_mutex_put(&random_mutex);
  88                 ao_usb_write2(buffer[usb_buf_id], AO_USB_IN_SIZE);
  89                 usb_buf_id = 1-usb_buf_id;
  90         }
  91 }
  92
  93 /* Make sure there's at least 8 bits of variance in the samples */
  94 #define MIN_VARIANCE            (128 * 128)
  95
  96 /* Make sure the signal is spread around a bit */
  97 #define MAX_VARIANCE            (512 * 512)
  98
  99 #define ADD_STATS(value) do {                   \
 100                 sum += (value);                 \
 101                 sum2 += (value) * (value);      \
 102         } while(0)
 103
 104 #define VARIANCE(n)     ((sum2 - (sum / (n) * sum)) / (n))
 105
 106 static int
 107 ao_trng_get_cooked(uint16_t *buf)
 108 {
 109         uint16_t        i;
 110         uint16_t        t;
 111         uint32_t        *rnd = (uint32_t *) ao_adc_ring;
 112         int32_t         sum, sum2, var;
 113
 114         sum = sum2 = 0;
 115         t = ao_adc_get(AO_USB_IN_SIZE) >> 1;            /* one 16-bit value per output byte */
 116         for (i = 0; i < AO_USB_IN_SIZE / sizeof (uint16_t); i++) {
 117                 uint32_t        v;
 118                 uint16_t        v1, v2;
 119
 120                 /* Fetch two values in one operation */
 121                 v = rnd[t];
 122                 t = (t + 1) & ((AO_ADC_RING_SIZE >> 1) - 1);
 123
 124                 *buf++ = ao_crc_in_32_out_16(v);
 125
 126                 v1 = v;
 127                 v2 = v >> 16;
 128
 129                 ADD_STATS(v1);
 130                 ADD_STATS(v2);
 131         }
 132         ao_adc_ack(AO_USB_IN_SIZE);
 133         var = VARIANCE(2 * AO_USB_IN_SIZE / sizeof (uint16_t));
 134         return var >= MIN_VARIANCE && var <= MAX_VARIANCE;
 135 }
 136
 137 #define AO_TRNG_START_WAIT      1024
 138 #define AO_TRNG_START_CHECK     32
 139
 140 static void
 141 ao_trng_send(void)
 142 {
 143         static uint16_t *buffer[2];
 144         int     usb_buf_id;
 145         int     good_bits;
 146         int     failed;
 147         int     s;
 148
 149         if (!buffer[0]) {
 150                 buffer[0] = ao_usb_alloc();
 151                 buffer[1] = ao_usb_alloc();
 152                 if (!buffer[0])
 153                         ao_exit();
 154         }
 155
 156         usb_buf_id = 0;
 157
 158 #ifdef AO_TRNG_ENABLE_PORT
 159         ao_gpio_set(AO_TRNG_ENABLE_PORT, AO_TRNG_ENABLE_BIT, AO_TRNG_ENABLE_PIN, 1);
 160 #endif
 161         trng_power_time = ao_time();
 162
 163         ao_crc_reset();
 164
 165         ao_delay(TRNG_ENABLE_DELAY);
 166
 167         for (s = 0; s < AO_TRNG_START_WAIT; s++) {
 168                 if (ao_trng_get_cooked(buffer[0]))
 169                         break;
 170                 ao_delay(AO_MS_TO_TICKS(10));
 171         }
 172
 173         /* Validate the hardware before enabling USB */
 174         failed = 0;
 175         for (s = 0; s < AO_TRNG_START_CHECK; s++) {
 176                 if (!ao_trng_get_cooked(buffer[0])) {
 177                         failed++;
 178                         ao_delay(AO_MS_TO_TICKS(10));
 179                 }
 180         }
 181         if (failed > AO_TRNG_START_CHECK / 4)
 182                 ao_panic(AO_PANIC_DMA);
 183
 184         ao_add_task(&ao_trng_send_raw_task, ao_trng_send_raw, "trng_send_raw");
 185
 186 #ifdef AO_USB_START_DISABLED
 187         ao_usb_enable();
 188 #endif
 189
 190         for (;;) {
 191                 ao_mutex_get(&random_mutex);
 192                 if (!trng_running) {
 193                         AO_TICK_TYPE    delay;
 194
 195                         delay = trng_power_time + TRNG_ENABLE_DELAY - ao_time();
 196                         if (delay > TRNG_ENABLE_DELAY)
 197                                 delay = TRNG_ENABLE_DELAY;
 198
 199                         /* Delay long enough for the HV power supply
 200                          * to stabilize so that the first bits we read
 201                          * aren't of poor quality
 202                          */
 203                         ao_delay(delay);
 204                         trng_running = TRUE;
 205                 }
 206 #ifdef AO_LED_TRNG_COOKED
 207                 ao_led_on(AO_LED_TRNG_COOKED);
 208 #endif
 209                 good_bits = ao_trng_get_cooked(buffer[usb_buf_id]);
 210 #ifdef AO_LED_TRNG_COOKED
 211                 ao_led_off(AO_LED_TRNG_COOKED);
 212 #endif
 213                 ao_mutex_put(&random_mutex);
 214                 if (good_bits) {
 215                         ao_usb_write(buffer[usb_buf_id], AO_USB_IN_SIZE);
 216                         usb_buf_id = 1-usb_buf_id;
 217                         failed = 0;
 218                 } else {
 219                         failed++;
 220                         ao_delay(AO_MS_TO_TICKS(10));
 221                         if (failed > 10) {
 222                                 ao_usb_disable();
 223                                 ao_panic(AO_PANIC_DMA);
 224                         }
 225                 }
 226         }
 227 }
 228
 229 #if AO_POWER_MANAGEMENT
 230
 231 static void ao_trng_suspend(void *arg)
 232 {
 233         (void) arg;
 234 #ifdef AO_TRNG_ENABLE_PORT
 235         ao_gpio_set(AO_TRNG_ENABLE_PORT, AO_TRNG_ENABLE_BIT, AO_TRNG_ENABLE_PIN, 0);
 236 #endif
 237         trng_running = FALSE;
 238 }
 239
 240 static void ao_trng_resume(void *arg)
 241 {
 242         (void) arg;
 243 #ifdef AO_TRNG_ENABLE_PORT
 244         ao_gpio_set(AO_TRNG_ENABLE_PORT, AO_TRNG_ENABLE_BIT, AO_TRNG_ENABLE_PIN, 1);
 245 #endif
 246         trng_power_time = ao_time();
 247 }
 248
 249 static struct ao_power ao_trng_power = {
 250         .suspend = ao_trng_suspend,
 251         .resume = ao_trng_resume
 252 };
 253
 254 #endif
 255
 256 void
 257 ao_trng_send_init(void)
 258 {
 259 #ifdef AO_TRNG_ENABLE_PORT
 260         ao_enable_output(AO_TRNG_ENABLE_PORT, AO_TRNG_ENABLE_BIT, AO_TRNG_ENABLE_PIN, 0);
 261         ao_power_register(&ao_trng_power);
 262 #endif
 263         ao_enable_input(AO_RAW_PORT, AO_RAW_BIT, AO_EXTI_MODE_PULL_UP);
 264         ao_add_task(&ao_trng_send_task, ao_trng_send, "trng_send");
 265 }