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FPGA-Neural/hardware/v1/docs/validation/03-memoria.md
T
micheleandClaude Sonnet 5 dc0b331d3e feat(v2): scaffold hardware/v1 frozen baseline + M1 Neural Processor
Begins the V2 Neural Multiprocessor / Dataflow architecture per
docs/v2-description.md, per explicit user request to freeze V1 and
start V2 development, copying from V1 what's needed.

Scaffold:
- hardware/v1/: byte-exact, read-only copy of the current V1 codebase
  (rtl, testbenches, tools, constraints, a representative subset of
  synthesis results, and reference docs) -- verified identical via
  diff/cmp against the live top-level tree before being made
  filesystem-read-only. The live top-level tree is untouched and
  remains the project's "production" V1 (see hardware/v1/README.md
  and hardware/v2/logs/decisions.log DEC-0001 for why copy-not-move).
- hardware/v2/: mandatory structure (rtl/sim/constraints/synthesis/
  reports/scripts/logs/docs) plus the full logging system required by
  the spec (development/architecture/simulation/synthesis/timing/
  benchmark/decisions/experiments/errors.log).

M1 -- Neural Processor (hardware/v2/rtl/neural_processor.v):
- 8-stage pipelined perceptron unit (P_IN=8): input align, 8
  multipliers, 3-level adder tree, accumulator, bias+activation, INT8
  saturation. Genuine 1-tile/cycle throughput, not just a wider
  combinational datapath.
- 7-state FSM (NP_IDLE..NP_ERROR per docs/v2-description.md §6, with
  4 baseline states merged into NP_WAIT_OPERANDS -- see
  decisions.log DEC-0002); valid/ready/data/last stream interfaces
  per §7.
- Bit-exact vs the frozen hardware/v1/rtl/neuron_parallel.v + mac8.v
  + mac_unit.v: 7/7 tests pass (hardware/v2/sim/tb_neural_processor.v),
  covering regular/mixed-sign/extreme-INT8 vectors, both activations,
  a zero-idle-gap back-to-back-tiles throughput check, and an 8-tile
  job -- verified with Verilator (see below for why).
- Real synthesis + place&route (Yosys + nextpnr-ecp5): 0 CHECK
  problems, Fmax 183.12 MHz at ACC_WIDTH=32 (PASS at 80MHz, ~3x V1's
  isolated PARALLEL=8 Fmax of 61.71 MHz) and 176.21 MHz at ACC_WIDTH=24
  (a user-requested comparison experiment, also bit-exact-verified;
  see experiments.log EXP-0001/EXP-0002 and benchmark.log).

Three real bugs found and resolved during M1 development (full
diagnostic record in errors.log):
- Two independent, reproducible Icarus Verilog v13.0 scheduling
  defects (ERR-0001, ERR-0002) that silently produced wrong simulation
  results for standard sequential Verilog -- confirmed via Verilator
  5.050 giving correct results on the same minimal repros. Verilator
  is now the trusted simulator for hardware/v2/ (decisions.log
  DEC-0004); Icarus's affected protocol-violation check was removed
  from the RTL and deferred architecturally to the Neural Director
  (DEC-0003) rather than chased further.
- One real RTL bug (ERR-0003): last0 wasn't gated like valid0,
  letting a "last tile" tag leak into the pipeline ahead of its
  actual valid tile on back-to-back jobs. Fixed and verified.

Co-Authored-By: Claude Sonnet 5 <noreply@anthropic.com>
Claude-Session: https://claude.ai/code/session_013xXuuRUWZScuo1DeYJxs3v
2026-09-05 14:06:53 +02:00

5.5 KiB
Raw Blame History

C.3 — Sottosistema memoria (int8_memory_access, memory_interface, psram_controller)

Data: 2026-09-04.


3.1 int8_memory_access.v — conversione byte↔word e selezione byte-lane — CERTIFICATO

Metodo: nuovo test dedicato (sim/int8_memory_access_bytelane_tb.v), non esisteva prima una verifica esaustiva della conversione indirizzo. Due batterie:

  1. Esaustiva su 2048 indirizzi (ogni combinazione dei 12 bit bassi, entrambe le parità): mem_addr (deve essere addr>>1), mem_lb_n/mem_ub_n (byte pari→basso attivo, dispari→ alto attivo) — ispezionati direttamente sui segnali combinazionali.
  2. Round-trip scrittura/lettura reale attraverso l'handshake FSM (non un peek interno) a 6 indirizzi (pari/dispari, valori di bordo INT8, e un test esplicito che una scrittura sull'indirizzo dispari di una parola NON corrompa il byte pari già scritto nella stessa parola — verifica che le byte-lane siano davvero indipendenti).

Oracolo: formula dichiarata dal modulo stesso (addr>>1, addr[0]), applicata indipendentemente, non letta dall'RTL.

Due bug nella MIA testbench, trovati e corretti prima di fidarmi del risultato (stesso schema di trasparenza di C.1/C.2, riportato per intero):

  1. Il controllo dei segnali mem_addr/mem_lb_n/mem_ub_n nel TEST 1 avveniva nello stesso passo di simulazione dell'aggiornamento non-bloccante che li produce — leggeva il valore dell'iterazione PRECEDENTE, non quella corrente (3071 "mismatch" su 2048 controlli, tutti falsi). Corretto con un #1 dopo il fronte di clock, per lasciare che l'aggiornamento si assesti prima di leggerlo.
  2. Il modello di memoria comportamentale della testbench scriveva l'intera parola a 16 bit incondizionatamente, ignorando mem_lb_n/mem_ub_n — una scrittura sul byte dispari di una parola cancellava il byte pari già scritto lì, anche con mem_lb_n=1 (disabilitato). Questo ha fatto fallire il test di round-trip "scrittura non deve corrompere il byte fratello" — ma il difetto era nello STUB di test, non nell'RTL sotto test (il DUT comunica correttamente mem_lb_n/mem_ub_n, era il modello di memoria a non rispettarli). Corretto rendendo lo stub sensibile alle byte-lane come una vera memoria mascherabile a byte.
$ iverilog -g2012 -o /tmp/bytelane2.out rtl/int8_memory_access.v sim/int8_memory_access_bytelane_tb.v && vvp /tmp/bytelane2.out
ALL TESTS PASSED (2048 decode checks + 6 round-trip checks, 0 mismatches)

Verdetto: CERTIFICATO. 2054/2054 controlli, 0 mismatch, dopo la correzione di due difetti nella testbench stessa (non nell'RTL).


3.2 memory_interface.v — CERTIFICATO (via test pre-esistente)

Modulo semplice: stesso pattern di handshake req/ready di int8_memory_access.v ma a granularità 16 bit, senza logica di byte-lane propria (inoltra lb_n/ub_n così come ricevuti). sim/memory_interface_tb.v (pre-esistente, riverificato in Fase 0) copre l'handshake. Non ripetuto da zero in questa fase: la logica è sufficientemente semplice (nessuna aritmetica di indirizzo propria) da non giustificare una nuova campagna esaustiva oltre a quanto già verificato.

Verdetto: CERTIFICATO (copertura pre-esistente, ritenuta adeguata alla semplicità del modulo).


3.3 psram_controller.v — CERTIFICATO (lavoro estensivo già svolto in questa sessione, non ri-fatto da zero)

Questo modulo ha già ricevuto una verifica sostanziale in questa stessa sessione, non solo dichiarata nel WORKLOG di sessioni precedenti:

  • Un bug reale pre-esistente trovato e corretto: richieste arrivate durante STATE_INIT/STATE_CR_INIT (~150µs di poweron) venivano perse silenziosamente; corretto con un latch req_pending — trovato durante il lavoro sul sottosistema flash (Fase F2), con una riproduzione minimale isolata prima e dopo il fix.
  • Timing di page-mode verificato contro il datasheet ISSI reale: ACCESS_CYCLES = ceil(70ns × CLK_FREQ_MHZ/1000), PAGE_CYCLES per il burst, tCEM (idle timeout e budget mid-burst) — sim/psram_page_mode_tb.v, con sim/psram_model.v che fa $fatal su qualunque violazione di timing reale (non solo un controllo di valore atteso: un meccanismo di oracolo attivo che blocca la simulazione se l'RTL viola una regola del datasheet, indipendentemente da cosa la testbench stessa controlli esplicitamente).
  • Rieseguito in Fase 0 di questa campagna (non solo citato): psram_controller_tb.v e psram_page_mode_tb.v PASS, confermato da un harness di regressione indipendente (tools/run_regression.py), non dalla parola del WORKLOG.

Non ripetuto da zero in C.3: rifare l'intera campagna di verifica del page-mode/tCEM già completata con rigore comparabile in questa sessione sarebbe una duplicazione di lavoro già tracciabile (WORKLOG, fasi F2/G7), non una nuova scoperta. Citato come evidenza, non dato per buono senza verifica: il PASS è stato riconfermato da zero in Fase 0 di questa campagna.

Verdetto: CERTIFICATO, con la stessa evidenza di prima (riverificata, non solo citata).


3.4 Verdetto complessivo C.3

Sotto-aspetto Verdetto
int8_memory_access.v (byte↔word, byte-lane) CERTIFICATO (nuovo, esaustivo su 2048 indirizzi)
memory_interface.v CERTIFICATO (copertura pre-esistente adeguata)
psram_controller.v (incl. page-mode, tCEM) CERTIFICATO (lavoro esteso di sessione, riverificato)

Nessun bug nuovo trovato in questo aspetto — due difetti trovati erano nella mia stessa testbench di verifica, corretti prima di trarre conclusioni sull'RTL.