随着集成电路的飞速发展,传统的片上系统(System on Chip, SoC)已经越来越无法满足当前的设计要求。学术界针对片上系统在可拓展性、通信效率、时钟同步等方面所面临的问题,提出了片上网络(Network on Chip, NoC)的概念。本文在深入研究片上网络架构、路由算法、交换机制的基础上,发现片上网络中的网络流量和计算机网络中的网络流量一样具有自相似特性。与此同时,映射在片上网络中的应用,如多媒体应用,其网络流量也同样具有较强的自相似特性,这就更加剧了片上网络中的网络流量的自相似性。论文的主要工作如下：使用SystemC设计了一个支持网络大小、路由算法、输入缓存大小可配置的片上网络仿真器,并成功通过功能验证。为减少网络流量自相似特性对网络性能的影响,设计了一种基于片上网络路由节点的拥塞信息进行预先判断的超前预测路由算法。该路由算法可以在输入模块处理头微片时同步处理路由节点拥塞信息,从而提前选择出较优的路由方向,提升片上网络路由建立数据传输链路的成功率。最后,将H.264视频解码应用映射到片上网络上,仿真实验结果表明,与采用XY路由算法的片上网络相比,H.264视频解码的性能提高了13.46%。