一、什么是算法？

算法就是按步就班地解决问题，也就是解决问题的办法。

算法是个很泛的概念，并不是一定得包含高深的数学公式。

二、用Verilog语言实现的算法跟C语言实现的算法有何区别？

Verilog是完全可以自主地设计硬件，而C语言则是依赖于CPU，依赖于现成的硬件。

Verilog做出来的算法执行速度往往比C的要快，这也是我们使用Verilog最好的理由。

然而，较为复杂的算法，就很难使用Verilog实现。

三、怎样用Verilog实现算法？

1、直接法。直接把公式、逻辑关系转成Verilog。

2、间接法。把C语言、MATLAB的M语言等现成的算法转成Verilog。

3、混合法。比如在ZYNQ等ARM+FPGA的异构芯片中，把算法的一部分工作交给ARM，另一部分交给FPGA，也就是C与Verilog混合。

4、偷懒。使用现成的IP核。

下面详细地介绍直接法、间接法和混合法。

四、直接法。

1、把数学公式转成Verilog。

先回想起数电里最基础的数字电路：与或非门、选择器、计数器、移位寄存器、加法器、乘法器、RAM/ROM等。

把复杂的数学公式拆分成若干个简单的计算步骤，再对应于基本的数字电路，并画出电路图（熟练后可以不画）。

另外还要考虑数字在FPGA中的表示方式，推荐计算机组成原理的《定点与浮点》。

还有一些较难计算的函数，如：三角函数、开方、e的n次方等，可以使用Cordic算法。

2、把逻辑关系转成Verilog。

一个数学公式常常包含优先级，也就是先算一部分，后算一部分，这也是属于逻辑关系。

这时，可以使用状态机、计数器、流水线操作等，理清它们的逻辑关系。

不包含数学公式的算法，也是使用该方法处理。

五、间接法。

由于MATLAB的M语言可以转成C语言，而且C语言是一种较为贴近硬件层的语言（单片机使用C语言开发就是最好的证明）。这里就以C语言转Verilog为例。

与直接法类似，也是先把C语言往基本的数字电路靠拢，并画出电路图（熟练后可以不画）。

具体的代码，可以参考本博客的《最大公约数Stein算法之verilog实现》。

这里需要特别注意的一点，不一定要照着C语言一步一步转换。

你可以先得到C语言算法的输入和输出，自己构造里面的电路，也就是把C语言当成一个黑匣子。

实际在写代码时，不一定需要使用C和Verilog混合语言开发（防歧义）。

其中的逻辑关系，也是跟直接法一样的处理方法。

此外，要尽量避免做FPGA不擅长的计算，如：求余、迭代等。要把这些计算转化成FPGA擅长的，如：加法、移位、查表等。

当然，计算结果可以做取舍，只要精度符合要求即可。

六、混合法。

混合法适用于异构芯片，如ARM+FPGA。在ARM中可以使用C语言，在FPGA中可以使用Verilog语言。

这样，我们把各自擅长的任务分配给不同的架构。

操作系统、人机交互、复杂的协议栈交给ARM。（低速、非实时、变化较多）

高速接口、大吞吐量的数据、重复性高且简单的运算交给FPGA。（高速、实时、变化较少）

一种图像识别的框图，如下图所示。

其中算法的处理，跟间接法一样。但是这里多了一个接口。

接口，说白了，就是搬运数据，把FPGA的数据搬到ARM。这里需要考虑速率、接插件使用时的便利性。

1、速率。

FPGA出来的数据要以多快的速率，才让ARM无误地接收。一般像这种大量的数据搬运，在ARM中可以使用DMA。

2、接插件使用时的便利性。

比如，传图像有并行RGB、VGA、DVI、HDMI、DP、LVDS、USB、PCIE等接口。

选用不同的接口，要考虑ARM底层的驱动是否易写、座子的体积、是否支持热插拔等。

七、其它问题。

使用Verilog做算法，最基本的还是要发挥出FPGA最擅长做的事，把FPGA不擅长的交给其它芯片。

关于工程师具体做什么样的算法，还是要看相关的算法书籍，也就是要把理论学好（可以参考《如何学习FPGA》第五点），才能做出算法。

Verilog只是表达算法的一种工具。