CN110597488A

CN110597488A - 随机数产生器以及随机数产生方法

Info

Publication number: CN110597488A
Application number: CN201810598710.7A
Authority: CN
Inventors: 杜盈德
Original assignee: Winbond Electronics Corp
Current assignee: Winbond Electronics Corp
Priority date: 2018-06-12
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2019-12-20

Abstract

本发明提供一种随机数产生器以及随机数产生方法。上述随机数产生器包括一线性反馈移位暂存器以及一旋转器。上述线性反馈移位暂存器提供具有一第一数值的一第一伪随机数信号，其中上述第一伪随机数信号具有多个位。上述旋转器根据一控制信号而将具有上述第一数值的上述第一伪随机数信号的多个位进行位移与旋转，以产生具有一第二数值的一第二伪随机数信号。上述第二数值不同于上述第一数值。上述技术方案可根据相同的随机数序列来提供不同的随机数序列。于是，随机数产生器所产生的随机数数值会更复杂化，以降低伪随机数的可预测性。因此，在存储器中，使用具有旋转器的随机数产生器可更有效地消除字线冲击效应。

Description

随机数产生器以及随机数产生方法

技术领域

本发明有关于一种随机数产生器，且特别有关于产生多个随机数序列的随机数产生器以及随机数产生方法。

背景技术

随着技术的演进，动态随机存取存储装置的尺寸持续微缩化，使其密度越来越高，且各个存储装置更加接近彼此。如此一来，存储装置内产生的电荷容易泄漏至相邻的存储装置而发生位翻转(bit flip)现象，进而造成错误信号。这个现象称为字线冲击效应(Rowhammer)。

在存储器(例如DRAM)的应用中，常使用再新(refresh)操作来解决字线冲击效应。当执行再新操作时，存储器内的字线会随机地被存取，以避免位翻转现象。一般而言，常使用随机数产生器来产生随机数码，以便根据由随机数码所形成的随机数序列来存取所对应的字线。

因此，需要一种能重新排列随机数序列的随机数产生器。

发明内容

本发明提供一种随机数产生器。上述随机数产生器包括一线性反馈移位暂存器以及一旋转器。上述线性反馈移位暂存器提供具有一第一数值的一第一伪随机数信号，其中上述第一伪随机数信号具有多个位。上述旋转器根据一信号而将具有上述第一数值的上述第一伪随机数信号的多个位进行位移与旋转，以产生具有一第二数值的一第二伪随机数信号。上述第二数值不同于上述第一数值。

再者，本发明提供一种随机数产生方法。通过一线性反馈移位暂存器，产生一第一随机数序列。通过一旋转器，根据一控制信号以及一脉波信号将上述第一随机数序列的多个第一数值的二进位值进行位移旋转，以产生一第二随机数序列。上述第一数值的二进位值的位的一位移量以及一位移方向是分别由上述脉波信号以及上述控制信号所决定。上述第一随机数序列是不同于上述第二随机数序列。

上述技术方案可根据相同的随机数序列来提供不同的随机数序列。于是，随机数产生器所产生的随机数数值会更复杂化，以降低伪随机数的可预测性。因此，在存储器中，使用具有旋转器的随机数产生器可更有效地消除字线冲击效应。

附图说明

图1是显示根据本发明一些实施例所述的随机数产生器。

图2A是显示根据本发明一实施例所述的旋转器将随机数序列RNS1中的各数值的二进位值往右进行位移与旋转的示意图。

图2B是显示随机数序列RNS1与RNS2a的表格。

图3A是显示根据本发明一实施例所述的旋转器将随机数序列RNS1中的各数值往左进行位移与旋转的示意图。

图3B是显示随机数序列RNS1与RNS2b的表格。

图4A是显示根据本发明一些实施例所述的旋转器。

图4B是显示根据本发明一些实施例所述的图4A中旋转器的信号波形图。

图5是显示根据本发明一些实施例所述的旋转器。

图6是显示根据本发明一些实施例所述的随机数产生器。以及

图7是显示根据本发明一些实施例所述的随机数产生方法。

10～线性反馈移位暂存器；

12～计数器；

14～逻辑电路；

20、20A、20B～旋转器；

30～控制器；

40～加法器；

100、200～随机数产生器；

CLK～脉波信号；

CN～数值；

DFF0-DFFn～D型触发器；

LSB～最低有效位；

MSB～最高有效位；

MUX0-MUXn～多工器；

RNS1、RNS2a、RNS2b～随机数序列；

PRN1、PRN2、PRN3、PRN1[n：0]、PRN2[n：0]～伪随机数信号；

S710-S740～控制信号；以及

SEL～控制信号。

具体实施方式

为让本揭露的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

图1是显示根据本发明一些实施例所述的随机数产生器100。随机数产生器100包括线性反馈移位暂存器(linear feedback shift register，LFSR)10、旋转器(rotator)20以及控制器30。线性反馈移位暂存器10包括计数器12以及逻辑电路14。计数器12包括多个暂存器(例如D型触发器)。在一些实施例中，计数器12中的暂存器是以串联方式耦接。逻辑电路14包括多个逻辑运算元件，例如或门(OR)、与门(AND)、互斥或门(XOR)、反互斥或门(XNOR)等。此外，线性反馈移位暂存器10可提供伪随机数(pseudo random number)信号PRN1至旋转器20，其中伪随机数信号PRN1具有多个位。在一些实施例中，伪随机数信号PRN1的位数量是由计数器12所能提供的最大数值所决定。在线性反馈移位暂存器10中，可使用逻辑电路14内的逻辑运算元件对计数器12的部分位(例如部分的暂存器的输出)进行逻辑运算，从而在一特定数值范围内提供不会重复的数字。举例来说，假设伪随机数信号PRN的位数为10，则计数器12所计数的数值范围是依序从最小数值1(即2⁰)至最大数值1023(即2¹⁰-1)，例如1、2、3…1023。在一些实施例中，最小数值是由伪随机数信号PRN的位数所能提供的最小正整数，而最大数值是由伪随机数信号PRN的位数所能提供的最大正整数。当在计数器12的一部分位加入逻辑电路14的逻辑运算元件之后，则伪随机数信号PRN1上的数值会以随机数的排序方式出现而形成随机数序列RNS1，例如578、264、327、920…。在计数器12计数1023次的期间，随机数序列RNS1中的数值并不会重复。换言之，在随机数序列RNS1中，每个数值在最大数值1023与最小数值1之间的数值范围内出现的次数都是一次，即不会重复。在计数器12计数完1023次之后，伪随机数信号PRN1上的数值会再回到578、264、327、920…的顺序。因此，在计数器12的每一个计数周期(例如1023次计数)中，线性反馈移位暂存器10可以提供具有随机数序列RNS1的伪随机数信号PRN1至旋转器20。此外，对不同的计数周期而言，线性反馈移位暂存器10会产生相同的随机数序列RNS1，并经由伪随机数信号PRN1将随机数序列RNS1的数值依序提供至旋转器20。

在随机数产生器100中，线性反馈移位暂存器10亦提供伪随机数信号PRN1至控制器30。通过检测伪随机数信号PRN1上的随机数序列RNS1，控制器30可判断出每一个计数周期的区间(例如开始与结束)。例如，当检测到随机数序列RNS1内的数值重复时，控制器30可判断出新的计数周期已开始。此外，相应于不同的计数周期，控制器30会提供对应的脉波信号CLK以及控制信号SEL至旋转器20。在一些实施例中，线性反馈移位暂存器10会提供其他信号来通知控制器30关于计数周期的区间。在一些实施例中，线性反馈移位暂存器10的计数器12的计数周期是根据来自其他电路(图未示)的控制信号及/或时脉信号所决定，且该些控制信号及/或时脉信号亦会通知控制器30关于计数周期的区间。

在每一个计数周期中，相应于脉波信号CLK以及控制信号SEL，循环器20会将随机数序列RNS1中每一数值的二进位值向右(即往最低有效位LSB)或是向左(即往最高有效位MSB)位移(shift)并旋转(rotate)特定数量的位数。

图2A是显示根据本发明一实施例所述的旋转器20将随机数序列RNS1中的各数值的二进位值往右进行位移与旋转的示意图。举例来说，假设脉波信号CLK以及控制信号SEL是指示将随机数序列RNS1中每一数值的二进位值往右位移并旋转1位(即往最低有效位(LSB)的方向位移1位)，则循环器20会将随机数序列RNS1的数值“578”(二进位值为1001000010)转换成随机数序列RNS2a的数值“289”(二进位值为0100100001)、将随机数序列RNS1上的数值“264”(二进位值为0100001000)转换成随机数序列RNS2a的数值“132”(二进位值为0010000100)、将随机数序列RNS1上的数值“327”(二进位值为0101000111)转换成随机数序列RNS2a的数值“675”(二进位值为1010100011)、将随机数序列RNS1上的数值“920”(二进位值为1110011000)转换成随机数序列RNS2a的数值“460”(二进位值为0111001100)，以此类推，如图2B的表格所显示。

图3A是显示根据本发明一实施例所述的旋转器20将随机数序列RNS1中的各数值往左进行位移与旋转的示意图。举例来说，假设脉波信号CLK以及控制信号SEL是指示将随机数序列RNS1中每一数值的二进位值往左位移并旋转2位(即往最高有效位(MSB)的方向位移2位)，则循环器20会将随机数序列RNS1的数值“578”(二进位值为1001000010)转换成随机数序列RNS2b的数值“266”(二进位值为0100001010)、将随机数序列RNS1的数值“264”(二进位值为0100001000)转换成随机数序列RNS2b的数值“33”(二进位值为0000100001)、将伪随机数序列RNS1的数值“327”(二进位值为0101000111)转换成随机数序列RNS2b的数值“285”(二进位值为0100011101)、将随机数序列RNS1的数值“920”(二进位值为1110011000)转换成随机数序列RNS2b的数值“611”(二进位值为1001100011)，以此类推，如图3B的表格所显示。

如先前所描述，在随机数序列RNS1、RNS2a、RNS2b中，每个数值在最大数值1023与最小数值1之间的数值范围内出现的次数都是一次，即不会重复。此外，在每一随机数序列RNS1、RNS2a、RNS2b中，数值的排列顺序是不同的。例如，随机数序列RNS1的数值排列顺序是578、264、327、952。随机数序列RNS2a的数值排列顺序是289、132、675、460。随机数序列RNS2b的数值排列顺序是266、33、285、611。

图4A是显示根据本发明一些实施例所述的旋转器20A。相应于脉波信号CLK以及控制信号SEL，旋转器20A可以将伪随机数信号PRN1上随机数序列RNS1的每一数值的二进位值向右位移特定数量的位数并进行反馈。旋转器20A包括多个D型触发器DFF0-DFFn以及多个多工器MUX0-MUXn。多工器MUX0-MUXn的输出是分别耦接于所对应的D型触发器DFF0-DFFn的输入端(标示为“D”)。来自控制器30的脉波信号CLK会提供至D型触发器DFF0-DFFn的时脉端(标示为“CK”)。D型触发器DFF0-DFFn的输出端(标示为“Q”)是分别耦接于所对应的多工器MUX0-MUXn的输入端。多工器MUX0-MUXn会根据控制信号SEL而选择性地提供伪随机数信号PRN1或是PRN2的特定位至所对应的D型触发器DFF0-DFFn的输入端。例如，相应于控制信号SEL，多工器MUXn会提供伪随机数信号PRN1的位PRN1[n]或是伪随机数信号PRN2的位PRN2[0]至D型触发器DFFn的输入端，其中伪随机数信号PRN2的位PRN2[0]是来自于D型触发器DFF0的输出端。此外，相应于脉波信号CLK，D型触发器DFFn会根据多工器MUXn的输出而产生伪随机数信号PRN2的位PRN2[n]。相似地，相应于控制信号SEL，多工器MUXn-1会提供伪随机数信号PRN1的位PRN1[n-1]或是伪随机数信号PRN2的位PRN2[n]至D型触发器DFFn-1的输入端。如先前所描述，伪随机数信号PRN2的位PRN2[n]是来自于D型触发器DFFn的输出端。此外，相应于脉波信号CLK，D型触发器DFFn-1会根据多工器MUXn-1的输出而产生伪随机数信号PRN2的位PRN2[n-1]，以此类推。此外，伪随机数信号PRN1与PRN2具有相同的位数。

图4B是显示根据本发明一些实施例所述的图4A中旋转器20A的信号波形图。在此实施例中，为了方便说明，假设伪随机数信号PRN1与PRN2的位数为6，即n＝5。再者，相应于脉波信号CLK以及控制信号SEL，旋转器20A可以将随机数序列RNS1中每一数值的二进位值向右位3个位并进行反馈。首先，控制信号SEL为低逻辑位准，所以多工器MUX0-MUXn会分别提供所对应的伪随机数信号PRN1的位至D型触发器DFF0-DFFn的输入端。当检测到伪随机数信号PRN1上的数值变换成“13”(二进位值为001101)时，图1的控制器30会经由脉波信号CLK提供一个载入脉波P_LOAD至D型触发器DFF0-DFF6的时脉端。于是，相应于载入脉波P_LOAD，D型触发器DFF0-DFF6可根据多工器MUX0-MUX6所输出的伪随机数信号PRN1的二进位值“001101”而提供具有二进位值“001101”的伪随机数信号PRN2。接着，控制器30会提供具有高逻辑位准的控制信号SEL至多工器MUX0-MUX6。当控制信号SEL为高逻辑位准时，多工器MUX0-MUXn会分别提供所对应的伪随机数信号PRN2的位至D型触发器DFF0-DFFn的输入端。接着，图1的控制器30会经由脉波信号CLK依序提供三个位移脉波P1、P2、P3至D型触发器DFF0-DFF6的时脉端。于是，相应于位移脉波P1、P2与P3，D型触发器DFF0-DFF6可根据多工器MUX0-MUX6所输出的伪随机数信号PRN2的二进位值而依序提供具有二进位值“100110”、“010011”与“101001”的伪随机数信号PRN2。因此，相应于脉波信号CLK以及控制信号SEL，旋转器20A可以将伪随机数信号PRN1中的二进位值“001101”向右位移3个位并进行反馈，以得到具有二进位值“101001”的伪随机数信号PRN2。具体而言，通过控制脉波信号CLK的位移脉波的数量，可以决定二进位值的位移数量。

图5是显示根据本发明一些实施例所述的旋转器20B。相应于脉波信号CLK以及控制信号SEL，旋转器20B可以将伪随机数信号PRN1上随机数序列RNS1中每一数值的二进位值向左位移特定数量的位数并进行反馈。在旋转器20B中，伪随机数信号PRN1的各位与多工器MUX0-MUXn的配置方式是不同于图4A的旋转器20A。例如，在图4A的旋转器20A中，伪随机数信号PRN1的位PRN1[n]、位PRN1[n-1]、位PRN1[n-2]…、位PRN1[1]、位PRN1[0]是依序指派给多工器MUXn-MUX0。然而，在图5的旋转器20B中，伪随机数信号PRN1的位PRN1[n]、位PRN1[n-1]、位PRN1[n-2]…、位PRN1[1]、位PRN1[0]是依序指派给多工器MUX0-MUXn。

在一些实施例中，旋转器20A或20B可包括其他电路，以便根据控制信号SEL或其他控制信号而选择性地控制伪随机数信号PRN1的各位与多工器MUX0-MUXn的配置方式，以便决定将数值的位往右或是往左位移。以多工器MUXn作为例子来说明，可使用额外的多工器来选择性地提供伪随机数信号PRN1的位PRN1[n]至多工器MUXn，以便将数值的位往右位移，或是选择性地提供伪随机数信号PRN1的位PRN1[0]至多工器MUXn，以便将数值的位往左位移。

图6是显示根据本发明一些实施例所述的随机数产生器200。相较于图1的随机数产生器100，随机数产生器200更包括加法器40，用以将伪随机数信号PRN2的数值加上由控制器30所提供的数值CNT，以产生伪随机数信号PRN3。值得注意的是，在同一计数周期中，数值CNT为固定值。此外，数值CNT可以是正整数值或是负整数值。再者，对不同的计数周期而言，控制器30可提供不同的数值CNT。在一些实施例中，数值CNT可以是随机值。

图7是显示根据本发明一些实施例所述的随机数产生方法。首先，在步骤S710中，产生随机数序列RNS1。在一些实施例中，随机数序列RNS1是由线性反馈移位暂存器10所产生。如先前所描述，随机数序列RNS1是由没有重复的数值所组成，且每一数值是在最大数值与最小数值之间一数值范围内。接着，控制器30会控制旋转器20，以便将随机数序列RNS1中的每一数值的二进位值进行位的位移与旋转(步骤S720)，以得到随机数序列RNS2(步骤S730)，例如图2B的随机数序列RNS2a。在一些实施例中，位的位移量以及位移方向是由控制器30所决定。接着，在步骤S740，控制器30会改变位的位移量及/或位移方向。接着，在步骤S720，根据已改变的位的位移量及/或位移方向，将随机数序列RNS1中的每一数值的二进位值进行位的位移与旋转，以便得到另一个随机数序列RNS2(步骤S730)，例如图3B的随机数序列RNS2b。于是，根据相同的随机数序列RNS1，可得到不同的随机数序列RNS2a与2b。再者，可将每一随机数序列RNS2内的数值加上或减去具有固定值的数值CNT，以便得到不同于该随机数序列RNS2的其他随机数序列。

对不同的计数周期而言，通过使用旋转器20，可根据相同的随机数序列RNS1来提供不同的随机数序列RNS2和RNS3。于是，随机数产生器所产生的随机数数值会更复杂化，以降低伪随机数的可预测性。因此，在存储器中，使用具有旋转器20的随机数产生器可更有效地消除字线冲击效应。

虽然本揭露已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本揭露，任何所属技术领域中包括通常知识者，在不脱离本揭露的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本揭露的保护范围当视申请专利范围所界定者为准。

Claims

1.一种随机数产生器，其特征在于，包括：

一线性反馈移位暂存器，用以提供具有一第一数值的一第一伪随机数信号，其中上述第一伪随机数信号具有多个位；以及

一旋转器，用以根据一控制信号而将具有上述第一数值的上述第一伪随机数信号的上述多个位进行位移与旋转，以产生具有一第二数值的一第二伪随机数信号，其中上述第二数值不同于上述第一数值。

2.如权利要求1所述的随机数产生器，其特征在于，上述第一伪随机数信号的上述多个位的位移量或位移方向是由上述控制信号所决定。

3.如权利要求1所述的随机数产生器，其特征在于，当上述线性反馈移位暂存器所提供的上述第一数值重复时，上述旋转器根据上述信号来调整上述第一伪随机数信号的上述多个位的位移量或是位移方向，以便根据具有上述第一数值的上述第一伪随机数信号而提供具有一第三数值的上述第二伪随机数信号，其中上述第三数值不同于上述第二数值，以及上述第一数值、上述第二数值以及上述第三数值是在一最大数值与一最小数值之间的一数值范围内。

4.如权利要求1所述的随机数产生器，其特征在于，上述第一伪随机数信号与上述第二伪随机数信号具有相同的位数。

5.如权利要求1所述的随机数产生器，其特征在于，更包括：

一加法器，用以将上述第二伪随机数信号的上述第二数值加上一固定值，以得到具有一第四数值的一第三伪随机数信号，

其中上述固定值为正整数值或是负整数值。

6.如权利要求1所述的随机数产生器，其特征在于，上述旋转器包括：

多个暂存器，以串联方式耦接，其中每一上述暂存器具有一输入端、一输出端以及接收一脉波信号的一时脉端；以及

多个多工器，其中每一上述多工器根据上述控制信号而选择性地将上述第一伪随机数信号的一特定位或是上述多个暂存器的一第一暂存器的上述输出端耦接至上述多个暂存器的一第二暂存器的上述输入端，

其中上述第二伪随机数信号是由上述多个暂存器的上述输出端所提供，以及上述多个位的位移量是由上述脉波信号的脉波数量所决定。

7.一种随机数产生方法，其特征在于，包括：

产生一第一随机数序列；以及

根据一控制信号以及一脉波信号将上述第一随机数序列的多个第一数值的二进位值进行位移与旋转，以产生一第二随机数序列，

其中上述第一数值的二进位值的位的一位移量以及一位移方向是分别由上述脉波信号以及上述控制信号所决定，

其中上述第一随机数序列是不同于上述第二随机数序列。

8.如权利要求7所述的随机数产生方法，其特征在于，上述多个第一数值是在一最大数值与一最小数值之间的一数值范围内且具有不同的二进位值。

9.如权利要求7所述的随机数产生方法，其特征在于，更包括：

在产生上述第二随机数序列之后，通过上述控制信号以及上述脉波信号来改变上述位移量或是上述位移方向；以及

将上述第一随机数序列的上述多个第一数值的二进位值往已改变的上述位移量或是上述位移方向进行位移与旋转，以产生一第三随机数序列。

10.如权利要求7所述的随机数产生方法，其特征在于，更包括：

将上述第二随机数序列的多个第二数值加上一固定值，以得到一第四随机数序列，

其中上述固定值为正整数值或是负整数值。