test: certify mem_arbiter priority order (C.4)

Priority B>C>A>D confirmed correct with distinguishable per-port data
(not just "someone got served" but "the right requester got its own
data back") across 4 contention scenarios. D-alone case confirms low
priority does not mean never granted.

Found and fixed a real race in the test harness itself: blocking
assignments withdrew loser requests in the same clock edge meant to
grant the winner, racing the DUT's own synchronous block -- dut.owner
never left SEL_NONE, every wait() blocked forever. Fixed by switching
request-signal drives to non-blocking assignments throughout.

Documented (not filed as a bug) that D can starve indefinitely under
sustained continuous B contention -- standard behavior for a
fixed-priority arbiter with no aging, and explicitly outside the
header's own stated operating assumption (B/C temporally disjoint in
normal operation). Flagged the header's "never starves or corrupts
A/B/C" wording as ambiguous about whether it promises D's own
progress.

Full regression: 40/40 real tests pass.

Co-Authored-By: Claude Sonnet 5 <noreply@anthropic.com>
Claude-Session: https://claude.ai/code/session_013xXuuRUWZScuo1DeYJxs3v

docs/validation/04-arbiter.md

@@ -0,0 +1,75 @@
+# C.4 — Arbitro (`mem_arbiter.v`)
+
+Data: 2026-09-04.
+
+---
+
+## 4.1 Priorità B>C>A>D — CERTIFICATO
+
+**Metodo**: nuovo test dedicato (`sim/mem_arbiter_priority_tb.v`). Quattro scenari,
+combinazioni decrescenti di richiedenti simultanei, ciascuno con dati distinguibili
+(`m_rdata` eco dell'indirizzo) per confermare che la risposta torni al **richiedente
+corretto**, non solo che "qualcuno" venga servito:
+1. A+B+C+D simultanei → B vince.
+2. A+C+D (B assente) → C vince.
+3. A+D (B,C assenti) → A vince.
+4. D da solo → viene comunque servito (bassa priorità ≠ mai servito).
+
+```
+$ iverilog -g2012 -o /tmp/arb6.out rtl/mem_arbiter.v sim/mem_arbiter_priority_tb.v && vvp /tmp/arb6.out
+ALL TESTS PASSED (priority order B>C>A>D confirmed; ...)
+```
+
+**Nota di processo — race trovata nella mia stessa testbench**: la prima versione usava
+assegnazioni bloccanti per ritirare le richieste dei "perdenti" nello stesso
+`@(posedge clk)` che doveva concedere la richiesta — una race reale con il blocco
+sincrono del DUT sullo stesso fronte (l'ordine di esecuzione tra processi diversi
+sensibili allo stesso evento non è garantito da Verilog). Diagnosticato con un
+riferimento gerarchico a `dut.owner`, mai uscito da `SEL_NONE` nonostante le richieste
+fossero pilotate — non un difetto dell'RTL. Corretto passando ad assegnazioni non
+bloccanti per i segnali di richiesta in tutta la testbench, come farebbe un master reale
+sincrono allo stesso clock.
+
+**Verdetto: CERTIFICATO.** L'ordine di priorità dichiarato nell'header è implementato
+esattamente come descritto, dati instradati al richiedente corretto in ogni caso.
+
+---
+
+## 4.2 Starvation di D sotto contesa continua — comportamento reale, ambiguità nella documentazione
+
+**Test**: `b_req` e `d_req` mantenuti entrambi asserti continuamente per 500 cicli
+(B "ha sempre altro lavoro" nell'istante in cui si libera).
+
+**Risultato**: **D non viene MAI concesso in 500 cicli** di contesa continua da B.
+
+**Perché non lo classifico come bug**: l'header del modulo dichiara "flash operations
+are ms-scale and never meant to compete with inference for memory bandwidth" e "In
+normal operation B and C are temporally disjoint anyway" — la contesa continua e
+sostenuta testata qui è esplicitamente fuori dallo scenario operativo previsto (un
+`layer_sequencer`/`neuron_memory` che non lascia MAI un buco libero per centinaia di
+cicli di fila non corrisponde a un'inferenza reale). Un arbitro a priorità fissa senza
+invecchiamento (aging) che fa morire di fame il richiedente più basso sotto carico
+sostenuto è un design standard e spesso intenzionale, non un difetto di per sé.
+
+**Cosa segnalo**: la frase dell'header "gets stretched out, never starves or corrupts
+A/B/C" è **ambigua** — può essere letta sia come "[D] non affama mai [se stesso]" sia
+come "[la contesa] non fa mai affamare o corrompere A/B/C" (una garanzia solo su A/B/C,
+non su D). Il comportamento osservato è coerente con la SECONDA lettura, non con la
+prima. Non è un bug funzionale, ma la frase andrebbe disambiguata nel commento sorgente
+per evitare che un futuro lettore assuma erroneamente che D abbia una garanzia di
+progresso che il codice non implementa.
+
+**Verdetto: CERTIFICATO come comportamento** (nessuna sorpresa rispetto a un arbitro a
+priorità fissa senza aging), **riserva documentale** sulla frase ambigua dell'header.
+
+---
+
+## 4.3 Verdetto complessivo C.4
+
+| Sotto-aspetto | Verdetto |
+|---|---|
+| Priorità B>C>A>D, instradamento dati corretto | **CERTIFICATO** |
+| Starvation di D sotto contesa sostenuta | **CERTIFICATO come comportamento**, riserva sulla chiarezza della documentazione (non un bug) |
+
+Nessun bug RTL trovato in questo aspetto. Un difetto di race trovato e corretto nella
+testbench di verifica stessa (stesso schema del resto della campagna).

docs/validation/bugs.md

@@ -142,3 +142,8 @@ perché siano difetti.
   precedente), e uno stub di memoria comportamentale che ignorava le byte-lane
   `mem_lb_n`/`mem_ub_n` durante la scrittura. Entrambi difetti della testbench, non
   dell'RTL — vedi `docs/validation/03-memoria.md` §3.1.
+- **C.4 (`mem_arbiter` mai concedeva nulla nella mia prima testbench)**: assegnazioni
+  bloccanti per ritirare le richieste dei "perdenti" nello stesso fronte di clock che
+  doveva concedere la richiesta — race reale con il blocco sincrono del DUT. Diagnosticato
+  con `dut.owner` mai uscito da `SEL_NONE`. Corretto passando ad assegnazioni non bloccanti.
+  Vedi `docs/validation/04-arbiter.md` §4.1.