C13 — GPIO, zbocza i debounce na RV32I/Hazard3

Karta zamyka serię raw C czterema wykonywalnymi przykładami:

1. polling DIR, OUT i IN z kontrolowanym TEST_IN;
2. rising edge → GPIO PENDING → external IRQ18 → dispatcher → W1C;
3. bounce 1 → 0 → 1 i akceptacja dopiero po quiet window mierzonym mtime;
4. superloop łączący machine timer, UART RX IRQ16 i GPIO IRQ18.

Programy są freestanding RV32I+Zicsr+Zifencei i wykonują się w RTL Hazard3/Verilator. Nie ma modelu hostowego, RTOS, kolejki ani semafora.

Rejestry modelu

GPIO zaczyna się pod 0xc0000300 i udostępnia OUT, OUT_SET, OUT_CLR, IN, TEST_IN, RISE_EN, FALL_EN, PENDING W1C oraz DIR. GPIO używa external IRQ18. UART0 używa external IRQ16, a machine timer standardowego machine timer interrupt o mcause=0x80000007.

TEST_IN i UART TEST_RX są wyłącznie bodźcami testbencha. Symulują zmianę otoczenia bez TCP lub fizycznego pinu. Nie są rejestrami produkcyjnego GPIO, nie opisują RP2350 i nie mogą znaleźć się w sterowniku fizycznej płytki.

Budowanie i test

make tasks
./tests/test_hazard3.sh

Oracle sprawdza kod wyjścia, timeout, nieobsłużone pułapki i raportowane rejestry. Dodatkowo niezależnie przelicza odstępy bounce, granicę quiet window i obecność mret w handlerze machine timer.

Bieżący pomiar RTL:

• Task01: DIR=1, wejście zewnętrzne 2, po ustawieniu wyjścia IN=3, po wyzerowaniu IN=0;
• Task02: jeden IRQ18, PENDING=0x4 w ISR, W1C usuwa źródło i ponowny wysoki poziom nie tworzy nowego zbocza;
• Task03: czasy low 0x591, 0x8ea, 0xc43, odstępy po 0x359, quiet 0x7d0, akceptacja po 0x878, bez wczesnej akceptacji;
• Task04: po jednym timer IRQ, UART16 i GPIO18, bajt U, trzy działania main, OUT=0x7, widoczne IN=0x17.

Wartości czasowe zależą od bieżącego RTL i buildu. Kontraktem są relacje: dwa odstępy bounce są dodatnie i krótsze od quiet window, a akceptacja następuje nie wcześniej niż quiet po ostatnim zboczu.

Podział odpowiedzialności

W Task02–Task04 ISR potwierdza źródło i publikuje minimalny stan. Debounce oraz aktualizacja wyjść należą do kodu normalnego. Task04 używa prostych flag jednozdarzeniowych; nie jest odporną na dowolne przeciążenie kolejką zdarzeń. To świadoma granica między raw C a kolejną serią FreeRTOS.

Karta

./scripts/render_card_layouts.sh
./scripts/render_new_pdf.sh
./tests/test_card.sh

Każdy przykład ma dokładnie A1–A8. Tylko Task01.A3 jest N/D, ponieważ polling nie ma mechanizmu dispatchu.