一种基于机械结构的随机数生成装置的制作方法

1.本发明涉及芯片设计技术领域，特别涉及一种基于机械结构的随机数生成装置。


背景技术：

2.随着中国电子技术的发展，越来越多的电子设备已得到广泛使用。
3.服务器是电子设备中的重要组成部分，是提供计算服务的设备。由于服务器需要响应服务请求并进行处理，因此服务器具备承担服务并且保障服务的能力。根据服务器提供的服务类型不同，分为文件服务器、数据库服务器、应用程序服务器、web服务器等。服务器的主要构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等，与通用的计算机架构类似，但在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。
4.在大数据时代，大量的it设备会集中放置在数据中心的机柜中。这些数据中心包含各种类型的服务器、存储、交换机及大量的机柜及其它基础设施。每种it设备都是由各种硬件板卡组成，如计算模块、存储模块、机箱模块、散热模块、安全验证模块等。
5.目前，服务器的信息安全越来越受重视，数据安全防护的可靠性、及时性、全面性正在接受越来越多的考验，加密、安全芯片已广泛应用到服务器中，而随机数生成正是加密技术、安全验证技术、防盗技术的关键环节。
6.在现有技术中，服务器中随机数生成的方法，一般是通过电磁结构实现，即利用自旋极化电流注入磁性材料后有一定概率引起的磁化反转现象，通过注入自旋极化电流来获取磁化反转现象的发生概率，从而利用该物理现象来生成真正的随机数。但是，通过电磁结构实现随机数生成的技术难度较大，生成周期较长，且需要在主板上额外架设一套电磁系统，电路结构变得复杂，生产成本较高，且能耗较高。
7.因此，如何方便、容易地生成随机数，降低生产成本和能耗，是本领域技术人员面临的技术问题。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提供一种基于机械结构的随机数生成装置，能够方便、容易地生成随机数，降低生产成本和能耗。
9.为解决上述技术问题，本发明提供一种基于机械结构的随机数生成装置，包括基座、可旋转地设置于所述基座上的旋转件、可往复运动地设置于所述基座上并用于驱动所述旋转件进行断续旋转的驱动件、用于检测所述旋转件的旋转状态并根据其每次旋转停止后的旋转角度产生对应电参量的检测器，以及与所述检测器信号连接、用于将其产生的电参量转化为数字信号的随机数生成器。
10.优选地，所述旋转件为飞轮或齿轮，且所述检测器用于检测所述旋转件的转轴的旋转状态。
11.优选地，所述旋转件的转轴可旋转地插设于所述检测器内。
12.优选地，所述检测器为用于根据所述旋转件的旋转角度产生对应电阻值或对应电
压值的电位器。
13.优选地，所述驱动件包括可直线运动地设置于所述基座上的运动杆，以及设置于所述运动杆的杆体上、用于在其单程运动过程中与所述旋转件的轮齿抵接以带动其进行单次转动的凸齿。
14.优选地，所述驱动件还包括一端连接在所述基座上、另一端连接在所述运动杆的杆体上的弹簧，且所述弹簧的伸缩方向平行于所述运动杆的运动方向。
15.优选地，所述运动杆的杆体上设置有连接台，且所述弹簧的另一端连接在所述连接台的壁面上。
16.优选地，所述基座上设置有用于与所述运动杆配合滑动的导向滑轨。
17.优选地，所述基座上设置有用于与所述连接台抵接以限制所述运动杆的最大行程的限位块。
18.优选地，所述随机数生成器包括与所述检测器信号连接的adc模块、与所述adc模块信号连接的数值生成模块。
19.本发明所提供的基于机械结构的随机数生成装置，主要包括基座、旋转件、驱动件、检测器和随机数生成器。其中，基座为主体结构，主要用于安装其余零部件。旋转件设置在基座上，并且可在基座上进行旋转运动。驱动件设置在基座上，并可在基座上进行定向往复运动，主要用于在运动过程中驱动旋转件进行断续旋转，即非连续旋转，具体为在驱动件的一次往复运动过程中带动旋转件完成一次定向旋转运动。检测器设置在基座上，主要用于检测旋转件的旋转状态，并根据旋转件在单次定向旋转运动结束后的旋转停止角度产生对应的电参量。随机数生成器与检测器信号连接，主要用于将检测器所产生的电参量转化为对应的数字信号，从而生成数值。如此，由于机械结构在现实中的非理想特性，如旋转件在旋转时的摩擦影响、驱动件在每次往复运动中的运动状态偏差、驱动件对旋转件的驱动状态偏差等，旋转件在每次被驱动件带动旋转至停止后的旋转角度均存在细微区别，从而在一定范围内形成随机角度数值，检测器即根据旋转件每次旋转停止后的不同旋转角度产生不同的电参量，再通过随机数生成器将电参量转化为数字信号，输出随机数。相比于现有技术，本发明所提供的基于机械结构的随机数生成装置，利用机械结构的非理想特性使旋转件在每次旋转过程中产生随机的运动参数变化，能够方便、容易地生成随机数，降低生产成本和能耗。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
21.图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
22.图2为运动杆处于单程最大行程的状态示意图。
23.图3为旋转件与检测器的连接结构示意图。
24.图4为随机数生成器的电路结构示意图。
25.其中，图1—图4中：
26.基座—1，旋转件—2，驱动件—3，检测器—4，随机数生成器—5，导向滑轨—6，限位块—7；
27.运动杆—31，凸齿—32，弹簧—33，连接台—34，adc模块—51，数值生成模块—52。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
30.在本发明所提供的一种具体实施方式中，基于机械结构的随机数生成装置主要包括基座1、旋转件2、驱动件3、检测器4和随机数生成器5。
31.其中，基座1为主体结构，主要用于安装其余零部件。
32.旋转件2设置在基座1上，并且可在基座1上进行旋转运动。
33.驱动件3设置在基座1上，并可在基座1上进行定向往复运动，主要用于在运动过程中驱动旋转件2进行断续旋转，即非连续旋转，具体为在驱动件3的一次往复运动过程中带动旋转件2完成一次定向旋转运动。
34.检测器4设置在基座1上，主要用于检测旋转件2的旋转状态，并根据旋转件2在单次定向旋转运动结束后的旋转停止角度产生对应的电参量。
35.随机数生成器5与检测器4信号连接，主要用于将检测器4所产生的电参量转化为对应的数字信号，从而生成数值。
36.如此，由于机械结构在现实中的非理想特性，如旋转件2在旋转时的摩擦影响、驱动件3在每次往复运动中的运动状态偏差、驱动件3对旋转件2的驱动状态偏差，以及后续的弹簧33的弹性力偏差、运动杆31的行程偏差、凸齿32与轮齿之间的碰撞角度偏差等，旋转件2在每次被驱动件3带动旋转至停止后的旋转角度均存在细微区别，从而在一定范围内形成随机角度数值，检测器4即根据旋转件2每次旋转停止后的不同旋转角度产生不同的电参量，再通过随机数生成器5将电参量转化为数字信号，输出随机数。
37.相比于现有技术，本实施例所提供的基于机械结构的随机数生成装置，利用机械结构的非理想特性使旋转件2在每次旋转过程中产生随机的运动参数变化，能够方便、容易地生成随机数，降低生产成本和能耗。
38.在关于旋转件2的一种优选实施例中，该旋转件2具体为飞轮或齿轮。同时，旋转件2上连接有转轴，检测器4主要用于检测旋转件2的转轴的旋转状态，以便精确地判断旋转件2在单次旋转停止后的旋转角度。当然，检测器4也可以直接检测旋转件2本身的旋转状态。
39.如图3所示，图3为旋转件2与检测器4的连接结构示意图。
40.进一步的，为提高检测器4的检测精度，在本实施例中，旋转件2具体连接在检测器4上，并且旋转件2的转轴插设进检测器4的壳体内，并保持旋转自由度。如此设置，旋转件2的转轴即可在检测器4的壳体内进行旋转，并由检测器4的壳体内的相关传感器进行近距离检测，比如光电传感器、位移传感器、图像传感器等。
41.在关于检测器4的一种优选实施例中，为便于根据检测到的旋转件2的旋转角度产
生对应的电参量，该检测器4具体为电位器。电位器是一种可调的电子元件，作用原理类似于滑动变阻器，可以根据旋转件2的旋转角度变化调节内置电路的具体接线位置，进而使对应元器件产生灵敏的电阻值变化或电压值变化。
42.在关于驱动件3的一种优选实施例中，该驱动件3主要包括运动杆31和凸齿32。其中，运动杆31可在基座1上进行直线往复运动，并且位于旋转件2的一侧位置。一般的，运动杆31的直线运动方向与其自身的长度方向保持共线，且运动杆31的端部通常由微型电机进行驱动。凸齿32设置在运动杆31的杆体上，凸出运动杆31的杆体侧壁一定高度，主要用于在运动杆31的单程运动过程中与旋转件2上的轮齿形成抵接碰撞，以通过抵接作用力对旋转件2形成旋转力矩，带动旋转件2进行单次定向旋转。
43.如图2所示，图2为运动杆31处于单程最大行程的状态示意图。
44.进一步的，考虑到运动杆31需要进行直线往复运动，才能在每次运动过程中带动旋转件2进行旋转，为便于运动杆31自动复位，本实施例在驱动件3中增设了弹簧33。具体的，弹簧33的一端连接在基座1上，另一端连接在运动杆31的杆体上，并且，弹簧33的弹性伸缩方向平行于运动杆31的运动方向。如此设置，当运动杆31在单程运动(图示右移)中达到极限位置时，弹簧33将被拉伸(或压缩)到极限，之后在弹性力的作用下自动复位到初始位置。
45.一般的，考虑到运动杆31上设置的凸齿32需要与旋转件2上的轮齿形成抵接碰撞，凸齿32的表面可设置为平滑过渡的楔形齿状，以便在运动杆31的去程时较轻、较慢地碰撞到旋转件2上的轮齿，进而轻微地顺时针转动旋转件2，然后在返程时在弹簧33的弹力作用下较快、较重地碰撞到旋转件2上的轮齿，进而较大角度地逆时针转动旋转件2，而检测器4的检测数据只需记录运动杆31的返程过程中旋转件2的旋转角度即可。
46.进一步的，为便于弹簧33与运动杆31的连接，本实施例在运动杆31的杆体上设置有连接台34。具体的，该连接台34凸出运动杆31的杆体表面，一般与凸齿32分别处于运动杆31的相对两侧。如此设置，弹簧33的另一端即可连接在连接台34的壁面上，保证弹簧33的延伸方向平行于运动杆31的运动方向。
47.此外，为保证运动杆31在直线往复运动过程中的稳定性，本实施例还在基座1上设置有导向滑轨6。具体的，该导向滑轨6的长度方向与运动杆31的长度方向共线，并且运动杆31的端部插设进导向滑轨6中，从而利用导向滑轨6对运动杆31的直线运动提供导向作用，防止其在运动过程中产生摇晃或振动。
48.不仅如此，考虑到运动杆31在进行运动时，弹簧33的伸缩形变量不宜过大，否则弹力过大易造成凸齿32与旋转件2之间的冲击力过大，可能导致损坏，针对此，本实施例还在基座1上设置有限位块7。具体的，该限位块7位于运动杆31的单程运动方向的一侧，主要用于与运动杆31上设置的连接台34形成抵接，以限制运动杆31在单行程中的最大行程，同时限制了弹簧33的最大形变量。
49.如图4所示，图4为随机数生成器5的电路结构示意图。
50.在关于随机数生成器5的一种优选实施例中，该随机数生成器5主要包括adc模块51和数值生成模块52。其中，adc(analog to digital converter，模拟数字转换)模块51与检测器4信号连接，主要用于将检测器4生成的电参量(模拟量)转化为数字量。数值生成模块52与adc模块51信号连接，主要用于根据adc模块51产生的数字量生成数值，即随机数。一
般的，数值生成模块52可为fpga(field programmable gate array，现场可编程逻辑门阵列)。比如，fpga可通过31位的adc模块51获取一个31位2进制数字或10位的十进制数字作为随机数。
51.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。