FA-89331 / Digital logic simulation / Open access

Write accepted while full · case 01

Writes past full advance the pointer and corrupt the flags.

Verified by executionVariant 1 · 6 checks per implementationDownload source bundle ↓JSON ↗

ROOT CAUSE

The write path does not check the full flag.

VERIFIED REPAIR

Accept a write only when the synchronized full flag is clear.

Unsuccessful approach: Checking the live read pointer ignores synchronizer latency, accepting writes the hardware refuses.

Case contract

Input [depth, ops] with depth a power of two >= 4 and ops 'w','r','n'. Pointers are binary modulo 2*depth. Each step first computes flags from gray codes (g = b ^ (b >> 1)) using the other side's pointer as it was two steps earlier: full when gray(w) equals gray(r_sync) with its top two bits inverted, empty when gray(r) equals gray(w_sync). A write happens only if not full, a read only if not empty. Return [[full, empty] per step, [writes accepted, reads accepted]].

Why this case matters

Clock-domain-crossing FIFOs are simulated with synchronizer latency; flag comparisons on gray pointers are a common source of model bugs.

1 / The failure

Exit 1

"""Failure Map reference implementation. Python standard library only."""
import json

N = 1
observations = []
def solve(*args):
    depth, ops = args
    bits = depth.bit_length()
    mod = 2 * depth
    def gray(b):
        return b ^ (b >> 1)
    w = r = 0
    hist_w = [0, 0]
    hist_r = [0, 0]
    out = []
    acc = [0, 0]
    for op in ops:
        wsync, rsync = hist_w[-2], hist_r[-2]
        top = 3 << (bits - 2)
        full = gray(w) == gray(rsync) ^ top
        empty = gray(r) == gray(wsync)
        if op == 'w':
            w = (w + 1) % mod
            acc[0] += 1
        elif op == 'r' and not empty:
            r = (r + 1) % mod
            acc[1] += 1
        hist_w.append(w)
        hist_r.append(r)
        out.append([int(full), int(empty)])
    return [out, acc]
def check(label, actual, expected):
    observations.append({"check": label, "actual": actual, "expected": expected, "passed": actual == expected})
fixtures = [[('fill until full', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0]], [4, 0]]), ('fill then drain', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [4, 4]]), ('empty flag lags writes', [4, ['w', 'r', 'r', 'r', 'n']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [1, 1]]), ('full flag lags reads', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [1, 0]], [5, 1]]), ('wrap around pointers', [4, ['w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r', 'r', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1]], [5, 4]]), ('depth eight', [8, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'n', 'n', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0]], [9, 1]])], [('fill until full', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0]], [4, 0]]), ('fill then drain', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [4, 4]]), ('empty flag lags writes', [4, ['w', 'r', 'r', 'r', 'n', 'n']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 1]], [1, 1]]), ('full flag lags reads', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [1, 0]], [5, 1]]), ('wrap around pointers', [4, ['w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [6, 4]]), ('depth eight', [8, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'n', 'n', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0]], [9, 1]])], [('fill until full', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0]], [4, 0]]), ('fill then drain', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [4, 4]]), ('empty flag lags writes', [4, ['w', 'r', 'r', 'r', 'n', 'n', 'n']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 1], [0, 1]], [1, 1]]), ('full flag lags reads', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [1, 0]], [5, 1]]), ('wrap around pointers', [4, ['w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0]], [6, 5]]), ('depth eight', [8, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'n', 'n', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0]], [9, 1]])], [('fill until full', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0]], [4, 0]]), ('fill then drain', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [4, 4]]), ('empty flag lags writes', [4, ['w', 'r', 'r', 'r', 'n', 'n', 'n', 'n']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 1], [0, 1], [0, 1]], [1, 1]]), ('full flag lags reads', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [1, 0]], [5, 1]]), ('wrap around pointers', [4, ['w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0]], [6, 6]]), ('depth eight', [8, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'n', 'n', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0]], [9, 1]])], [('fill until full', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0]], [4, 0]]), ('fill then drain', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [4, 4]]), ('empty flag lags writes', [4, ['w', 'r', 'r', 'r', 'n', 'n', 'n', 'n', 'n']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 1], [0, 1], [0, 1], [0, 1]], [1, 1]]), ('full flag lags reads', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [1, 0]], [5, 1]]), ('wrap around pointers', [4, ['w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0]], [6, 6]]), ('depth eight', [8, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'n', 'n', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0]], [9, 1]])]]
for label, args, expected in fixtures[N-1]:
    check(label, solve(*args), expected)
print(json.dumps({"observations": observations, "passed": all(x["passed"] for x in observations)}, ensure_ascii=False))
raise SystemExit(0 if all(x["passed"] for x in observations) else 1)

Boundary fixture	Actual	Expected	Outcome
fill until full	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [0, 0]], [6, 0]]`	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0]], [4, 0]]`	Failed
fill then drain	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [4, 4]]`	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [4, 4]]`	Passed
empty flag lags writes	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [1, 1]]`	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [1, 1]]`	Passed
full flag lags reads	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0]], [7, 1]]`	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [1, 0]], [5, 1]]`	Failed
wrap around pointers	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1]], [5, 4]]`	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1]], [5, 4]]`	Passed
depth eight	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0]], [12, 1]]`	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0]], [9, 1]]`	Failed

SHA-256 / 57d44a778a02478a54b11594f968c1f15563ae2df9d279475783e91701169fab

2 / The unsuccessful fix

Exit 1

"""Failure Map reference implementation. Python standard library only."""
import json

N = 1
observations = []
def solve(*args):
    depth, ops = args
    bits = depth.bit_length()
    mod = 2 * depth
    def gray(b):
        return b ^ (b >> 1)
    w = r = 0
    hist_w = [0, 0]
    hist_r = [0, 0]
    out = []
    acc = [0, 0]
    for op in ops:
        wsync, rsync = hist_w[-2], hist_r[-2]
        top = 3 << (bits - 2)
        full = gray(w) == gray(rsync) ^ top
        empty = gray(r) == gray(wsync)
        if op == 'w' and (w - r) % mod < depth:
            w = (w + 1) % mod
            acc[0] += 1
        elif op == 'r' and not empty:
            r = (r + 1) % mod
            acc[1] += 1
        hist_w.append(w)
        hist_r.append(r)
        out.append([int(full), int(empty)])
    return [out, acc]
def check(label, actual, expected):
    observations.append({"check": label, "actual": actual, "expected": expected, "passed": actual == expected})
fixtures = [[('fill until full', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0]], [4, 0]]), ('fill then drain', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [4, 4]]), ('empty flag lags writes', [4, ['w', 'r', 'r', 'r', 'n']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [1, 1]]), ('full flag lags reads', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [1, 0]], [5, 1]]), ('wrap around pointers', [4, ['w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r', 'r', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1]], [5, 4]]), ('depth eight', [8, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'n', 'n', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0]], [9, 1]])], [('fill until full', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0]], [4, 0]]), ('fill then drain', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [4, 4]]), ('empty flag lags writes', [4, ['w', 'r', 'r', 'r', 'n', 'n']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 1]], [1, 1]]), ('full flag lags reads', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [1, 0]], [5, 1]]), ('wrap around pointers', [4, ['w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [6, 4]]), ('depth eight', [8, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'n', 'n', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0]], [9, 1]])], [('fill until full', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0]], [4, 0]]), ('fill then drain', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [4, 4]]), ('empty flag lags writes', [4, ['w', 'r', 'r', 'r', 'n', 'n', 'n']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 1], [0, 1]], [1, 1]]), ('full flag lags reads', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [1, 0]], [5, 1]]), ('wrap around pointers', [4, ['w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0]], [6, 5]]), ('depth eight', [8, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'n', 'n', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0]], [9, 1]])], [('fill until full', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0]], [4, 0]]), ('fill then drain', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [4, 4]]), ('empty flag lags writes', [4, ['w', 'r', 'r', 'r', 'n', 'n', 'n', 'n']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 1], [0, 1], [0, 1]], [1, 1]]), ('full flag lags reads', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [1, 0]], [5, 1]]), ('wrap around pointers', [4, ['w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0]], [6, 6]]), ('depth eight', [8, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'n', 'n', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0]], [9, 1]])], [('fill until full', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0]], [4, 0]]), ('fill then drain', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [4, 4]]), ('empty flag lags writes', [4, ['w', 'r', 'r', 'r', 'n', 'n', 'n', 'n', 'n']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 1], [0, 1], [0, 1], [0, 1]], [1, 1]]), ('full flag lags reads', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [1, 0]], [5, 1]]), ('wrap around pointers', [4, ['w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0]], [6, 6]]), ('depth eight', [8, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'n', 'n', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0]], [9, 1]])]]
for label, args, expected in fixtures[N-1]:
    check(label, solve(*args), expected)
print(json.dumps({"observations": observations, "passed": all(x["passed"] for x in observations)}, ensure_ascii=False))
raise SystemExit(0 if all(x["passed"] for x in observations) else 1)

Boundary fixture	Actual	Expected	Outcome
fill until full	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0]], [4, 0]]`	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0]], [4, 0]]`	Passed
fill then drain	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [4, 4]]`	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [4, 4]]`	Passed
empty flag lags writes	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [1, 1]]`	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [1, 1]]`	Passed
full flag lags reads	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0]], [5, 1]]`	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [1, 0]], [5, 1]]`	Failed
wrap around pointers	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1]], [5, 4]]`	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1]], [5, 4]]`	Passed
depth eight	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0]], [9, 1]]`	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0]], [9, 1]]`	Passed

SHA-256 / 9d276088a066e1434fe3b611f0608f0000924e0176fd9f3715465575d3e35d7e

3 / The verified repair

Exit 0

"""Failure Map reference implementation. Python standard library only."""
import json

N = 1
observations = []
def solve(*args):
    depth, ops = args
    bits = depth.bit_length()
    mod = 2 * depth
    def gray(b):
        return b ^ (b >> 1)
    w = r = 0
    hist_w = [0, 0]
    hist_r = [0, 0]
    out = []
    acc = [0, 0]
    for op in ops:
        wsync, rsync = hist_w[-2], hist_r[-2]
        top = 3 << (bits - 2)
        full = gray(w) == gray(rsync) ^ top
        empty = gray(r) == gray(wsync)
        if op == 'w' and not full:
            w = (w + 1) % mod
            acc[0] += 1
        elif op == 'r' and not empty:
            r = (r + 1) % mod
            acc[1] += 1
        hist_w.append(w)
        hist_r.append(r)
        out.append([int(full), int(empty)])
    return [out, acc]
def check(label, actual, expected):
    observations.append({"check": label, "actual": actual, "expected": expected, "passed": actual == expected})
fixtures = [[('fill until full', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0]], [4, 0]]), ('fill then drain', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [4, 4]]), ('empty flag lags writes', [4, ['w', 'r', 'r', 'r', 'n']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [1, 1]]), ('full flag lags reads', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [1, 0]], [5, 1]]), ('wrap around pointers', [4, ['w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r', 'r', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1]], [5, 4]]), ('depth eight', [8, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'n', 'n', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0]], [9, 1]])], [('fill until full', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0]], [4, 0]]), ('fill then drain', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [4, 4]]), ('empty flag lags writes', [4, ['w', 'r', 'r', 'r', 'n', 'n']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 1]], [1, 1]]), ('full flag lags reads', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [1, 0]], [5, 1]]), ('wrap around pointers', [4, ['w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [6, 4]]), ('depth eight', [8, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'n', 'n', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0]], [9, 1]])], [('fill until full', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0]], [4, 0]]), ('fill then drain', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [4, 4]]), ('empty flag lags writes', [4, ['w', 'r', 'r', 'r', 'n', 'n', 'n']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 1], [0, 1]], [1, 1]]), ('full flag lags reads', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [1, 0]], [5, 1]]), ('wrap around pointers', [4, ['w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0]], [6, 5]]), ('depth eight', [8, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'n', 'n', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0]], [9, 1]])], [('fill until full', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0]], [4, 0]]), ('fill then drain', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [4, 4]]), ('empty flag lags writes', [4, ['w', 'r', 'r', 'r', 'n', 'n', 'n', 'n']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 1], [0, 1], [0, 1]], [1, 1]]), ('full flag lags reads', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [1, 0]], [5, 1]]), ('wrap around pointers', [4, ['w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0]], [6, 6]]), ('depth eight', [8, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'n', 'n', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0]], [9, 1]])], [('fill until full', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0]], [4, 0]]), ('fill then drain', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [4, 4]]), ('empty flag lags writes', [4, ['w', 'r', 'r', 'r', 'n', 'n', 'n', 'n', 'n']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 1], [0, 1], [0, 1], [0, 1]], [1, 1]]), ('full flag lags reads', [4, ['w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'w', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [1, 0]], [5, 1]]), ('wrap around pointers', [4, ['w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r', 'r', 'w', 'w', 'r', 'r']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0]], [6, 6]]), ('depth eight', [8, ['w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'w', 'r', 'n', 'n', 'w', 'w']], [[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0]], [9, 1]])]]
for label, args, expected in fixtures[N-1]:
    check(label, solve(*args), expected)
print(json.dumps({"observations": observations, "passed": all(x["passed"] for x in observations)}, ensure_ascii=False))
raise SystemExit(0 if all(x["passed"] for x in observations) else 1)

Boundary fixture	Actual	Expected	Outcome
fill until full	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0]], [4, 0]]`	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0]], [4, 0]]`	Passed
fill then drain	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [4, 4]]`	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [4, 4]]`	Passed
empty flag lags writes	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [1, 1]]`	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 1], [0, 1]], [1, 1]]`	Passed
full flag lags reads	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [1, 0]], [5, 1]]`	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [1, 0]], [5, 1]]`	Passed
wrap around pointers	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1]], [5, 4]]`	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 1]], [5, 4]]`	Passed
depth eight	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0]], [9, 1]]`	`[[[0, 1], [0, 1], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0], [1, 0]], [9, 1]]`	Passed

SHA-256 / 5f8a021febe1268e7cab12ccbe740b77ad45cfab825ffe164a6e6d913e69c735

Verification & scope

A deterministic bounded teaching model of one simulator rule set; the contract is stipulated and is not a claim of conformance to any HDL standard or commercial simulator. This reproducer isolates one failure mechanism. Results cover the supplied fixtures. Variants within a family share a test contract and should remain grouped when constructing evaluation splits. Related mechanisms with a shared evaluation_group must also remain together; these controlled models are not independent production incidents.

Observations recorded using Python 3.12.14 at 2026-09-29T14:51:16.424735+00:00.

Case digest / 0745edf353ed8359e5dcff68a23113ec4f1c2aee57852906cd1e2f0b4442fc65