随着超大规模集成电路的迅速发展，SoC(System-on-a-chip)片上系统设计面临着系统复杂性的不断增加、设计周期的逐渐缩短、以及非功能性需求(如：低成本、低功耗等)日趋增强等挑战。传统的集成电路设计方法已经不能适应SoC片上系统日趋复杂的需要。本论文采用系统级设计方法提高系统设计的抽象层次，在软/硬件系统实现之前，通过建立系统的可执行模型，定性和定量地分析系统的性能，对系统的需求及规格说明进行有效的评估，从而确定设计方案的可行性，并尽早发现设计错误，避免设计过程的反复，进而降低开发成本、节省开发时间。 本文以嵌入式语音识别系统为设计背景，经过深入分析研究，提出了基于SystemC的系统级设计流程、系统级建模方法，并设计了相应的性能分析库。在此基础上，通过对初期设计的多种方案进行定性和定量的评估，确定性能及资源的瓶颈，最终筛选出最优的系统设计方案，从而形成了一套SoC片上系统的系统级建模及性能分析方法。本文所开展的创新性工作具体如下： (1)对目前流行的系统级建模语言进行了比较分析，确立了SystemC语言在系统级设计方面的优势，并根据SoC片上系统的特点，提出了基于SystemC的语音识别片上系统的系统级设计流程、系统级建模方法和性能分析方法。 (2)设计了基于SystemC系统级的用于分析评估系统功能及资源消耗的性能分析库，并用于语音识别SoC片上系统的系统级模型的性能评估，有效改善了系统的设计方案。 (3)通过仿真验证了模型的正确性，获得了重要性能指标，并对这些性能指标进行评估，得出了具有指导意义的结论，验证了系统级设计及性能评估结果的正确性。 (4)对系统级建模与设计空间搜索方法进行了有益的研究与探索，通过模型的建立与仿真，对多种系统设计方案进行了有效的性能评估与比较，确定了性能及资源的瓶颈，并优化了系统设计方案。 本文提出的系统级设计流程和建模方法，包括系统概念与需求的获取、模型的建立和验证、关键参数的提取和确定、性能分析和评估、设计方案的分析、空间搜索和优化等，形成了一套SoC片上系统的系统级建模和性能分析方法。并以语音识别SoC片上系统为实例，验证了系统级建模和性能分析方法的正确性。也为快速建立系统可执行规约、在设计早期阶段对系统的设计方案进行评估、对系统性能指标进行分析提供了指导，从而在系统设计的顶层调整设计方案。本文的研究对SoC片上系统的系统级设计方法的进一步研究具有一定的理论价值和指导意义。