数字IC手撕代码--乐鑫科技（次小值与次小值出现的次数）

前言：
本专栏旨在记录高频笔面试手撕代码题，以备数字前端秋招，本专栏所有文章提供原理分析、代码及波形，所有代码均经过本人验证。

目录如下：

1.数字IC手撕代码-分频器（任意偶数分频）

2.数字IC手撕代码-分频器（任意奇数分频）

3.数字IC手撕代码-分频器（任意小数分频）

4.数字IC手撕代码-异步复位同步释放

5.数字IC手撕代码-边沿检测（上升沿、下降沿、双边沿）

6.数字IC手撕代码-序列检测（状态机写法）

7.数字IC手撕代码-序列检测（移位寄存器写法）

8.数字IC手撕代码-半加器、全加器

9.数字IC手撕代码-串转并、并转串

10.数字IC手撕代码-数据位宽转换器（宽-窄，窄-宽转换）

11.数字IC手撕代码-有限状态机FSM-饮料机

12.数字IC手撕代码-握手信号（READY-VALID）

13.数字IC手撕代码-流水握手（利用握手解决流水线断流、反压问题）

14.数字IC手撕代码-泰凌微笔试真题

15.数字IC手撕代码-平头哥技术终面手撕真题

16.数字IC手撕代码-兆易创新笔试真题

17.数字IC手撕代码-乐鑫科技笔试真题（4倍频）

18.数字IC手撕代码-双端口RAM（dual-port-RAM）

...持续更新

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题目

使用 v/sv 编写如下功能模块，求输入信号序列 din 在 din_vld 为高电平的时间段内的次小值与次小值出现的次数

接口信号如下

module sec_min(

input clk,//时钟

input rst_n,//复位

input [9:0] din, //10bit 无符号数

input din_vld, //输入数据有效信号

output [9:0] dout, //次小值

output [8:0] cnt //次小值出现的次数。溢出时重新计数

)；

原理分析

题目要找次小值和次小值出现的次数，我们就可以做两个变量，一个变量存储最小值min，一个变量存储次小值sec_min。这样就有几种可能：

① 输入din < min:

那我们就让min = din, sec_min = min；此时要注意的是，这时候随着次小值和最小值交换顺序，次小值出现的次数也会变成最小值出现的次数，因此不仅要将最小值赋值给次小值，还要将最小值出现次数赋值给次小值出现次数。

② 输入din = min：

需要统计最小值出现的次数，在din

③ 输入din < min_sec：

次小值刷新，最小值不变，令次小值min_sec = din；同时令次小值计数器cnt_sec = 1。

④ 输入din = min_sec：

最小值和次小值均不变，次小值计数器加一。

⑤ 输入din > min_sec：

啥也不干。

代码

module sec_min(
    input         clk     ,   //时钟
    input         rst_n   ,   //复位
    input   [9:0] din     ,   //10bit 无符号数
    input         din_vld ,   //输入数据有效信号
    output  [9:0] dout    ,   //次小值
    output  [8:0] cnt         //次小值出现的次数。溢出时重新计数
);

reg [10:0] min,sec_min;   //minimum and second minimum
reg [8:0] cnt_sec,cnt_min;
reg [9:0] dout_reg;

always @(posedge clk)begin
  if(!rst_n)begin
    cnt_sec <=  9'd0  ;
    cnt_min <=  9'd0  ;
    dout_reg<=  10'd0 ;
    min     <=  11'b111_1111_1111;
    sec_min <=  11'b111_1111_1111;
  end
  else if(din_vld)begin
    if(din < min)begin
      min     <= din      ;
      sec_min <= min      ;
      cnt_sec <= cnt_min  ;
      cnt_min <= 9'd1     ;
    end
    else if(din == min)begin
      cnt_min <= cnt_min + 1'b1;
    end
    else if(din < sec_min)begin
      sec_min <= din      ;
      cnt_sec <= 9'd1     ;
    end 
    else if(din == sec_min)begin
      cnt_sec <= cnt_sec + 1'b1;
    end
  end
end

assign dout = sec_min;
assign cnt  = cnt_sec;

endmodule

testbench

module tb_sec_min();

reg rst_n,clk;

reg  [9:0]  din     ;
reg         din_vld ;
wire [9:0]  dout    ;
wire [8:0]  cnt     ;

task input_num;
input [9:0]  number;
begin
  @(posedge clk)begin #1
    din <= number;
  end
end
endtask

initial begin
  rst_n   <= 1;
  clk     <= 0;
  din_vld <= 0;
  #5
  rst_n   <= 0;
  #20
  rst_n   <= 1;
  din_vld <= 1;
  repeat(2) begin
    input_num(15);
  end
  repeat(3)begin
    input_num(19);
  end
  input_num(18);
  input_num(17);
  input_num(16);
  input_num(14);
  #30
  ;
end    
  
always #5 clk = ~clk;

sec_min u_sec_min(
.clk      (clk)     ,
.rst_n    (rst_n)   ,
.din      (din)     ,
.din_vld  (din_vld) ,
.dout     (dout)    ,
.cnt      (cnt)
);
 
endmodule

波形图

输入序列为：15,15,19,19,19,18,17,16,16,14

随着序列的输入，最小值会从一开始的不可能的取值（1023）,计数器0；依次变为19计数1~3次，18计数1次，17计数1次，16计数1次，15计数2次。

结果验证正确。