随着大数据、智能计算以及云计算等技术的发展,基于总线架构的多核片上系统So C（System-on-Chip,So C）已经不能适应数据处理的需求,与此同时,基于片上网络（Network-on-Chip,No C）通信互连模式并拥有大规模处理核心的So C成为了未来高性能数据处理系统的发展趋势。制造工艺、生产缺陷、工作环境以及系统本身的复杂性等因素极大增加了片上系统出现故障的概率,片上网络容错路由算法能够有效保证片上网络数据传输的可靠性。由于片上系统存储资源、面积、功耗的限制,负载均衡路由算法是避免网络拥塞、实现低传输延迟和高网络吞吐量的有效手段。因此本文针对负载均衡的片上网络容错路由算法开展研究。主要研究内容如下:1.针对无故障片上网络,无关路由算法虽然不考虑网络状态也不增加额外信息传输开销,但网络中心节点的拥塞程度远高于侧节点。为了解决无关路由算法存在的网络拥塞问题,本文提出了一种无虚拟通道的负载均衡无关路由算法（OLBR）,根据“鱼尾”区域模型将片上网络静态地划分为东西和南北两个区域:东西区域采用OE-YX规则路由数据包,南北区域基于路径选择的多样性原则采用OE-APA规则路由数据包,既避免了死锁和活锁,又将网络中心节点的流量部分地分流到边侧节点。仿真结果表明,与其它确定性算法相比,提出的算法把平均网络饱和吞吐率提高了7.8%,是简单可行的负载均衡路由算法。2.针对存在故障区域的片上网络,在网络资源较为充足的情况下,本文提出了一种具有链路状态感知和混合路径选择策略的负载均衡自适应容错路由算法（FTCB）。基于网络链路状态感知,获取路由器及链路的健康状况、备选节点的空闲缓存单元数;基于改进的无死锁奇偶转向模型,给出故障区域路由转向规则。算法首先分无故障和有故障两种情况分别计算当前节点到目的节点的可用路径数,其次评估备选节点的空闲缓存单元数,最后将可用路径数与空闲缓存单元数二者的乘积作为备选节点的评分值,实现自适应负载均衡路由。仿真结果表明与其它容错路由算法相比,饱和吞吐率平均提高了8.3%,是实现片上网络容错路由和负载平衡的有效手段。3.针对存在故障节点或故障链路的片上网络,在网络资源受限的情况下,提出了一种不需要提前构建绕行路径的无虚通道低开销无关容错路由算法（OFTR）。采用简单的粗粒度故障模型,并在每个路由器中使用一个4位故障向量表示4个直接邻居的故障状态。当检测到当前节点与目标节点对之间无故障时,采用FTOE-APA规则路由数据包,实现了路径选择的多样性;当检测到节点或链路故障时,根据源节点、当前节点以及目的节点的相对位置关系动态修改输出端口的优先级,使数据包可以通过最短路径转发,最大限度地减少重新路由。OFTR算法通过改进的奇偶转向规则和动态改变输出端口的优先级既避免了网络死锁和活锁,又降低了数据包进入故障周围的概率。仿真结果表明,OFTR算法降低了网络平均延迟,节约了网络开销,与其它确定性容错路由算法相比,饱和吞吐率平均提高了11.6%。4.针对3D片上网络,硅通孔（TSV）技术能够部分垂直连接相邻层对应节点,降低了网络开销,但目前已有的3D NOC确定性路由算法很难实现非均匀数据流的负载平衡。为了解决这一问题,本文提出了一种负载均衡的自适应路由算法（ASELB）,将3D片上网络划分为4个子网,规定不同的无死锁子网选择策略进行当前层以及跨层数据包路由。综合考虑传输跳数、空闲缓存单元数以及使用子网数等因素,通过设定优先级自适应选择到达下一层的有效elevator,并在3个维度上分别使用2个虚拟通道避免死锁。仿真结果表明,当elevator为部分双向且在每层位置不同时,ASELB算法在网络平均传输延迟、饱和吞吐率、负载均衡等方面有良好的性能。