STEP 1410 — Tang Nano 9K UART/I2C scaffold Phase 1 (実 hardware 実測 PASS)

2026-08-26 · STEP 1407 mock の実 hardware 差替 4 段 barrier の 1 段目 · Tang Nano 9K 物理 silicon 4 例目 · benchtop-mcp 統合は Phase 2/3 defer

目的

STEP 1407 benchtop-mcp v0.8.0-alpha の BME280 mock (`bme280-env-a1`) を実 hardware で差替する 4 段 barrier のうち、 **1 段目 (host MCU + scaffold)** を Tang Nano 9K 上に実装。 BME280 hardware 到着前の Phase 1 で動作 verify。藤本さん directive 「Tang Nano 9K を挿し込みました」 → (A1) 「Phase 1 を即着手」選択で実行。

Phase 構造

Phase 1 (本 STEP 1410、 hardware 追加なしで完了)

LED1 heartbeat (~1.6 Hz 視覚 blink)
UART TX scaffold: "TANG9K-UART-OK\r\n" @ 115200 baud 8N1 每秒
I2C master stub (Phase 2 skeleton、未 instantiate)
PC 側 pyserial recv で marker verify

Phase 2 (BME280 発注後、未着手)

BME280 module (Akizuki 109421 ¥1,180) + jumper + 10 kΩ pull-up 抵抗発注
物理配線 (Tang Nano 9K GPIO ↔ BME280 SDA/SCL/3.3V/GND)
Verilog I2C master 活性化 + BME280 read sequence 実装 (calib coeff + raw t/h/p)
UART 経由で raw + coeff を PC 送出

Phase 3 (benchtop-mcp v0.9-alpha 統合)

PC 側で Bosch datasheet 補正演算 (Python)
benchtop-mcp `measure_environment(bme280-env-a1)` を real hardware serialbridge へ差替
`hardware_available: True` flag 切替
selftest 更新 + regression + STEP 1407 mock との drift check

実装内容

Files

File	Lines	Purpose
`uart_tx.v`	~75	8N1 UART transmitter (115200 baud @ 27 MHz)
`uart_scaffold_top.v`	~120	Top module: heartbeat + message ROM + UART TX
`i2c_master_stub.v`	~80	I2C master skeleton (Phase 2 preparation、未 instantiate)
`tang_nano_9k.cst`	~25	Pin constraints (clk 52, LED1 10, LED2 11, uart_tx 17)
`build.tcl`	~20	Gowin V1.9.12.02_SP2 TCL build
`pc_recv.py`	~130	PC-side pyserial receiver + marker verify
`README.md`	~120	usage guide + trouble shooting

Verify 結果 (2026-08-26 実測)

End-to-end PASS

Build (Gowin V1.9.12.02_SP2)

Bitstream: impl/pnr/uart_scaffold_top.fs (2,070,608 bytes)
Resource: 169/8640 LUT (2%) + 99/6693 Register (2%) + 94/4320 CLS (3%)
Warning: TA1132 (SDC clock unconstrained、 harmless cosmetic)

Program (SRAM Program+Verify, operation_index 4)

User Code: 0x00003E0A (前) → 0x00000853 (STEP 1410 identity)
Status Code: 0x0003F020 (Ready)
「Verify Failed at 0」出るが cosmetic (User Code 変化 + real UART 出力で bitstream load 確認)

PC recv (`python pc_recv.py --port COM9 --duration 6`)

COM port: COM9 (Tang Nano 9K FT2232H channel B、 FACTORYAIOT_PRO、 VCP auto-bind (Zadig 不要))
6/6 marker line PASS in 6 seconds (1/sec 完全一致)
96 bytes recv (6 line × 16 bytes = "TANG9K-UART-OK\r\n")
verdict: PASS

視覚

LED1 (pin 10) が ~1.6 Hz で点滅 = board 動作中
LED2 (pin 11) が 1 秒毎短パルス = UART TX 中

Reproduce 手順

# 1. Gowin build
cd C:/Users/user/rei-aios/hardware/phase-c/08-tang-nano-9k-uart-i2c-scaffold
"/c/Gowin/Gowin_V1.9.12.02_SP2_x64/IDE/bin/gw_sh.exe" build.tcl

# 2. Tang Nano 9K SRAM Program (揮発、 flash 保護)
"/c/Gowin/Gowin_V1.9.12.02_SP2_x64/Programmer/bin/programmer_cli.exe" \
  --cable "Gowin USB Cable(FT2CH)" --cable-index 1 \
  --device GW1NR-9C --operation_index 4 \
  --fsFile impl/pnr/uart_scaffold_top.fs

# 3. PC 側 verify
pip install pyserial
python pc_recv.py --port COM9 --duration 6

# 期待出力:
#   [  1] 'TANG9K-UART-OK'
#   [  2] 'TANG9K-UART-OK'
#   ...
#   verdict         : PASS

Honest scope (Phase 1 の限界)

本 STEP 1410 Phase 1 は完全に scaffold 検証のみ

実 sensor データゼロ = "TANG9K-UART-OK" は固定 message ROM、実環境測定は Phase 2/3
I2C master 未活性 = i2c_master_stub.v は compile syntax 検証のみ、 Phase 2 で状態遷移完全実装予定
SRAM Program only = flash 未書換、 board 電源 OFF で bitstream 消失 (再 program 必要)
Verify quirk 未解明 = SRAM Program+Verify で「Verify Failed at 0」出る、 real UART 出力で実動作は確認済だが verify command 側の挙動未確認 (Phase 2 で別 report として追跡)
単一 board 検証のみ = 別 Tang Nano 9K 個体での再現性未確認
baud rate 誤差 0.16% = 27M/234 = 115385 (target 115200)、 UART tolerance ±2% 内で実用問題なしだが厳密には誤差あり
novelty ゼロ = FPGA + UART + LED heartbeat は電子工作入門定番、「初」主張なし ([[feedback-world-uniqueness-claim-controllable]] 継承)

Tang Nano 9K 物理 silicon arc 系譜

STEP	Date	Content	User Code
1038	2026-05-09	LED Blinky 初 SRAM Program	`0x0000A5F4`
1039	2026-05-09	D-FUMT₈ ALU on Tang Nano 9K	(record 待ち)
1399	2026-08-24	Fixpoint Relaxation Machine v0.1	`0x00002FE6`
1410	2026-08-26	UART/I2C scaffold Phase 1 (本 STEP)	`0x00000853`

「Rei は実在する」 (STEP 1030 Aer + Heron real quantum) 系譜の Tang Nano 9K 4 例目、 Paper 145 substrate-diverse verification の継続。

次段 (Phase 2、藤本さん judgment 待ち)

秋月 BME280 (通販コード 109421、 ¥1,180) + jumper メス-メス 4 本 + 10 kΩ 抵抗 2 本発注
Tang Nano 9K GPIO (pin 33 SCL + pin 34 SDA 予定) + BME280 breakout の物理配線
i2c_master_stub.v の状態遷移完全実装 (START / ADDR / ACK / DATA_RX / STOP)
BME280 read シーケンス (0xD0 chip_id 確認 → calib coeff 0x88-0xA1 24 バイト読 → 0xF7-0xFE 8 バイト raw 読)
UART TX 変更: 固定 message → raw + coeff の JSON packet 送出
PC 側: Python で Bosch 補正演算 (32-bit fixed-point) → 実 temperature/humidity/pressure

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