SystemC 專用數據類型是為適配硬件建模需求設計的，支持多值邏輯、靈活位寬控制、定點運算等硬件特有特性，主要集中在書中第三章 “Data Types” ，同時與端口、信號等組件的類型聲明緊密關聯，以下按類型分類梳理核心內容：
一、邏輯向量類型（Logic Vector Types）
此類類型用於建模硬件中的位信號，分為2 值邏輯（僅 0、1）和4 值邏輯（0、1、X - 未知、Z - 高阻），支持位級操作（選擇、範圍截取、縮減運算）。
- sc_bv<W>（Bit Vector） sc_bv<BITWIDTH> NAME…;
- 2 值位向量，位寬由模板參數
W指定（如sc_bv<8>表示 8 位），僅支持 0、1 兩種值，無多值邏輯特性。 - 核心操作：按位操作（&、|、~）,位選擇（
[]，如bv[0]取最低位）、範圍選擇（range(high, low)，如bv.range(3,0)取低 4 位）、縮減運算（and_reduce()、or_reduce()等，對所有位執行邏輯運算並返回 1 位結果）。 - 適用場景：無需多值邏輯的純數字信號建模，如控制總線、地址線。
- sc_lv<W>（Logic Vector）（相比sc_bv運行開銷大，滿得多）
- 4 值邏輯向量，位寬由
W指定，支持 0、1、X（未知）、Z（高阻），兼容硬件中的不確定狀態和三態總線。 - 操作與
sc_bv<W>一致，但需注意多值邏輯的運算規則（如 X 與任何值運算仍為 X）。 - 適用場景：需要表示未知或高阻狀態的信號，如總線競爭、未初始化信號。
- sc_logic（Single-Bit Logic）（相比sc_bv運行開銷大，滿得多）
- 單比特 4 值邏輯類型，取值為
SC_LOGIC_0（0）、SC_LOGIC_1（1）、SC_LOGIC_X（未知）、SC_LOGIC_Z（高阻），是sc_lv<1>的單比特版本。 - 注意：早期的
sc_bit（單比特 2 值類型）已被 IEEE 1666 標準廢棄，建議用 C++ 原生bool替代。
二、整數類型（Integer Types）
針對硬件中 “固定位寬整數” 的建模需求，提供不同精度的有符號 / 無符號整數，支持算術運算和位操作，彌補原生 C++ 整數位寬依賴平台的缺陷。
- sc_int<W> / sc_uint<W>（Limited-Precision Integers）
- 有符號（
sc_int<W>）/ 無符號（sc_uint<W>）整數，位寬W範圍為 1~64 位，內部映射到處理器原生指令，仿真速度快。 - 核心特性：支持加減乘除、移位、位與 / 或 / 異或等算術和位操作，可與原生 C++ 整數（如
int）混合賦值（自動類型轉換）。 - 適用場景：64 位以內的硬件整數建模，如計數器、寄存器。
- sc_bigint<W> / sc_biguint<W>（Arbitrary-Precision Integers）
- 任意位寬的有符號 / 無符號整數，
W可超過 64 位（如sc_bigint<128>表示 128 位有符號整數），但仿真速度慢於sc_int<W>。 - 適用場景：超過 64 位的大整數建模，如加密算法、高精度計數器。
三、定點數類型（Fixed-Point Types）
專為數字信號處理（DSP）等需要小數建模的場景設計，支持自定義整數 / 小數部分位寬、溢出模式和量化模式，需通過SC_INCLUDE_FX宏啓用。
- 編譯時配置類型（Compile-Time Configurable）
sc_fixed<WL, IWL>：有符號定點數，WL（總位寬）、IWL（整數部分位寬）為編譯時常量，如sc_fixed<5,3>表示總位寬 5 位，整數部分 3 位（取值範圍 - 4.0~3.75）。sc_ufixed<WL, IWL>：無符號編譯時定點數，無負數值範圍。fast版本（sc_fixed_fast<WL,IWL>、sc_ufixed_fast<WL,IWL>）：用 C++double實現（精度 53 位），仿真速度更快，適合對精度要求不極致的場景。
- 運行時配置類型（Run-Time Configurable）
sc_fix/sc_ufix：運行時指定位寬和模式（如sc_fix(5,3, SC_RND, SC_SAT)），對象創建後配置不可修改，靈活性高於編譯時類型，但速度稍慢。
- 核心配置參數
- 溢出模式：
SC_SAT（飽和）、SC_WRAP（環繞）、SC_SAT_SYM（對稱飽和）等，控制數值超出範圍時的處理方式。 - 量化模式：
SC_RND（四捨五入）、SC_TRN（截斷）、SC_RND_ZERO（向零舍入）等，控制小數部分截斷 / 舍入規則。
四、字符串與字面量（Literal & String）
SystemC 提供統一的字符串表示格式，支持不同進制（二進制、八進制、十六進制）和符號類型，方便硬件信號的初始化與調試。
- 字面量格式
- 前綴標識：
0b（二進制，如0b1011）、0o（八進制，如0o15）、0x（十六進制，如0x0d）、0d（十進制，默認）。 - 符號與格式：
us（無符號，如0bus1101）、sm（符號幅度，如0bsm01101），支持負數的 2 補碼或符號幅度表示。
- 字符串轉換與 IO
to_string(sc_numrep rep, bool wprefix)：將 SystemC 數據類型轉換為字符串，rep指定格式（如SC_BIN、SC_HEX），wprefix控制是否顯示前綴（如0b）。- 流操作：支持
cout/cin直接輸入輸出（如cout << sc_int_var），兼容 C++ 標準流。
五、操作特性與兼容性
- 跨類型操作
- 可與原生 C++ 類型（
int、double、bool）混合賦值和運算，SystemC 自動處理類型轉換（如sc_int<8> a = 10; int b = a;）。 - 注意：混合不同 SystemC 類型運算時（如
sc_int<8>與sc_bigint<16>），需顯式轉換避免精度丟失。
- 與端口 / 信號的關聯
- 端口（
sc_in<T>、sc_out<T>）和信號（sc_signal<T>）的模板參數需指定 SystemC 專用數據類型，如sc_in<sc_uint<4>>（4 位無符號輸入端口）、sc_signal<sc_lv<8>>（8 位 4 值信號），實現模塊間的類型安全通信（🔶1-9、🔶1-1445、摘要 3）。
- 性能建議
- 優先使用原生 C++ 類型（
int、double）提升仿真速度；需硬件位寬 / 多值邏輯時，再選擇 SystemC 專用類型。 - 整數類型：
sc_int<W>快於sc_bigint<W>；定點數類型：fast版本快於普通版本。
六、C++的原生數據類型
七、更高層次抽象與STL(Standard Template Library)
STL 是這些庫中最受歡迎的，並且所有現代 C++ 編譯器都自帶它。STL 包含許多有用的數據類型和結構，包括一種被稱為 string 的改進字符數組，以及諸如 vector<T>、map<T,T>、set<T>、list<T> 和 deque<T> 之類的通用容器。這些容器可以通過 STL 算法進行操作，例如 for_each()、count()、min_element()、max_element()、search()、transform()、reverse() 和 sort()。這些只是可用算法中的一小部分。
八、數據類型的選擇
一個常見的問題是：“此設計應使用哪些數據類型？”最佳答案是：“根據當前的建模需求，選擇儘可能接近原生C++的數據類型。”選擇原生數據類型總能帶來最快的仿真速度。表3.7展示了相關性能情況。
除非你需要比原生C++數據類型更詳細的信息，否則不要使用sc_int<W>或sc_bigint<W>。為了獲得更高的性能，對於64位或更少位數的數據，優先使用sc_int<W>而非sc_bigint<W>。一般來説，SystemC數據類型比原生C++數據類型慢，而更復雜的SystemC類型比更簡單、更小的類型慢。RTL綜合工具通常要求所有數據都為SystemC數據類型。一些行為綜合工具允許使用原生C++數據類型。SystemC數據類型可用於指導行為綜合工具。
