近年来随着游戏、高清影像播放的迅速发展，媒体处理应用日趋广泛。其应用系统的整体性能对处理能力的需求不断提升，同时要求兼容当前媒体处理的多格式和多标准。　　 另一方面，随着集成电路制造工艺的演进，尤其是进入90nm-65nm工艺节点后，集成电路产品的研发费用（NonRecurring Engineering，NRE）越来越高，设计的重用性和设计的快速性成为设计人员的关心重点，要求一次设计能够满足多种产品需求，分摊研发成本。　　 因此，设计满足当前和未来媒体处理的应用需求，具有提升计算性能的可扩展性和高度灵活性，并满足媒体处理应用对多格式、多标准的兼容需求的可重构处理器成为当前的研究热点。　　 本文基于媒体处理应用特点提出并设计完成了一种可重构处理器结构ReMAP，经过仿真和流片验证，表明能够满足媒体处理的性能要求，并具有较高的灵活性和扩展性。建立了ReMAP的精确到时钟级的性能仿真平台ReSim，面向视频编解码算法应用对可重构处理器的互连结构、计算单元、计算模型和数据接口进行了深入研究和仿真，设计了一款可重构编解码处理器ReCAP。论文的主要工作和创新点如下：　　 1）提出了一种基于运算并行的粗粒度可重构处理器结构ReMAP和指令系统，适合于媒体处理应用。该结构由多个计算核心reDSP级联组成。每个计算核心reDSP包含一个ALU单元簇和一个控制单元，通过互连单元组成的通信网络完成数据交换，具有良好的扩展性和运算处理能力。reDSP中ALU簇可通过指令中的配置信息实时改变运算单元的计算功能和连接方式，具有较高的灵活性。　　 2）ReMAP中reDSP的指令系统基于配置信息流设计，具有简化可重构处理器的控制逻辑的优点，增强了可重构处理器的扩展性，并具有良好的算法保密性，可满足应用人员对核心算法的保护需求。基于ReMAP处理器硬件结构和指令集设计目前已获得国家专利授权。　　 3）为精确评估可重构处理器设计的功能和性能，设计了一个基于三级软件框架层次、模块化设计、时钟周期精确的可重构处理器仿真平台ReSim，可快速搭建可重构处理器的目标仿真模型，验证其正确性和有效性，精确评估计算性能，具有可视化、易于调试的特点。　　 4）基于SMIC0.18um logic6层金属工艺进行了ReMAP的原型验证流片，该芯片包含16个ALU单元，工作主频可达150MHz，面积为4.2mm*1.3mm，1.62V工作电压下最高性能可达2.4GOPS，面向媒体处理算法具有较高的性能加速，8*8 DCT算法的实现性能相比通用DSP及媒体处理器提升了1.4～6.2倍。　　 5）设计了一款针对高清视频编解码应用的可重构处理器ReCAP。通过优化可重构处理器的互连结构、处理单元结构、计算模型、数据传输接口，提升了可重构处理器面向视频编解码应用的处理性能。通过在仿真平台ReSim中搭建的ReCAP结构模型，对多个H.264编解码的子算法进行了映射，如整数搜索、1/2插值、1/4插值、1/8插值、DCT、残差、帧内预测、量化等。映射结果显示，面向视频编解码算法实现，ReCAP与Morphosys等同类型可重构处理器相比执行性能有1.16～2.85倍的提升，较常用的媒体处理器有较大幅度的性能加速，可达到或接近ASIC的处理性能，适合于高性能/实时视频编解码应用。