可编程片上系统(SOPC)是基于可编程逻辑器件的可重构片上系统,作为片上系统(SOC)和现场可编程门阵列(FPGA)相结合的一项综合技术,它利用软核处理器在FPGA开发板上方便地实现针对具体应用的系统设计方案,能够获得系统设计的可编程性和低风险性,应用的灵活性及价格优势,被称为“半导体产业的未来”。本文基于系统可重配置的思想,及面向用户,面向应用的SOPC技术设计思想,研究了NiosII软核处理器的结构、性能和总线规范;构建了单核NiosII处理器系统,并在FPGA芯片上实现,通过运算密集型的JPEG解码任务验证了系统的具体应用和正确性;提出基于NiosII软核处理器的嵌入式多核系统设计思想,设计了双核NiosII处理器系统,实现了双核系统对JPEG解码的并行处理;开发了JPEG解码中YUV到RGB转换的自定义功能模块,并成功将此模块集成入NiosII处理器系统中,实现了浮点运算和乘法运算硬件加速处理,提高了系统的整体性能。论文对系统功耗和性能进行了优化,利用逻辑映射重构,存储器优化和存储器平衡等系统优化手段,使双核处理器系统功耗降低55mW,减少幅度达到总体功耗的7.03%。通过将自定义功能模块集成入系统中,减小处理器运算开销,增大系统处理并行度,单核处理器系统和双核处理器系统的性能分别被提高了约17%和15%。本文应用与NiosII相关的集成开发平台和FPGA开发板,加快了SOPC系统的设计与验证环节的开发速度,对于嵌入式系统,特别是多处理器系统的开发和应用,具有广泛的价值和积极的意义。