传统上嵌入式系统设计是以低功耗为首要目标，但是随着计算密集型的嵌入式应用不断扩展，对性能要求、功耗要求的不断提高，嵌入式系统最近已经转向高性能嵌入式计算。面对日益复杂的嵌入式应用，片上多核处理器(CMP)已成为高性能嵌入式计算的一个有效解决方案。CMP采用多个性能适中的处理核心提高能量效率，使用高的任务级并行或者线程级并行提高整个处理器的性能。在嵌入式领域，如何充分利用CMP带来的高性能和低功耗技术对并行程序在嵌入式多核平台上的应用提出了很大挑战。对于嵌入式多核系统来说，低功耗和高性能是其核心特征之一，因而，如果无法有效地利用片上多核处理器技术并对应用程序进行有效地的并行计算，势必会影响建立在其上的各种应用的性能，并且造成资源和能源的浪费，这对资源和能耗要求甚高的嵌入式领域来说，这种情况是不可忍受的。因此，针对嵌入式应用，设计和实现高性能低功耗的并行计算方法，是嵌入式多核系统能否取得广泛应用需解决的核心问题之一。鉴于上述原因，本文深入分析了当前高性能嵌入式计算采用的性能和功耗优化方法，重点围绕嵌入式多核平台的并行编译设计及并行程序优化等问题进行研究，本文的主要工作和技术创新概述如下：首先，提出了面向嵌入式多核系统平台的OpenMP并行编译方法，并在此基础上扩展OpenMP并行指导语句，实现了OpenMP并行优化。以嵌入式操作系统eCos为实例，基于共享式存储并行编程模型OpenMP为嵌入式多核平台设计并实现了一个源到源的并行编译器。提出了基于嵌入式多核层次存储结构的OpenMP并行循环优化算法，扩展了OpenMP循环的并行制导语句tiling，从而提高嵌入式多核平台上的并行编程效率和并行性能，最后通过实验验证了扩展语句在嵌入式多核平台上的有效性和应用性能。其次，提出了面向并行程序应用的嵌入式多核系统运行时动态优化方法。针对在受带宽、数据竞争及数据同步不当等因素影响的多线程并行程序中增加线程的数量会明显降低性能的问题，本文提出了一个基于并行程序结构的性能分析模型，该模型把程序的并行区划分为完全并行和临界区部分，使得在运行时能够动态分析出具有最佳性能时的线程数。为了减少因线程之间的负载不均衡造成的性能和能耗浪费，本文还提出了基于该运行时框架的动态调度方法，该方法针对并行循环动态选择调度方法，并根据线程负载状况调整调度块大小实现性能均衡。最后基于嵌入式多核平台对运行时动态优化框架进行了验证和评估，实验表明，该框架以及运行时优化方法能够很好的适用于嵌入式多核系统，为并行应用提升性能。第三，提出了面向并行线程负载的低功耗执行模型。为了避免并行应用程序在嵌入式多核平台上因负载不均衡造成的能耗浪费，本文首先对并行线程执行负载进行分析，结合动态电压频率调整(Dynamic Voltage and FrequencyScaling，DVFS)提出并实现了一个低功耗执行模型，然后，本文提出并实现了一个基于该模型的线程执行频率控制算法，使得运行时系统可以根据并行线程的负载不均衡性状况动态调节运行频率，在不影响并行程序运行性能的情况下，降低程序运行的能耗。最后基于模拟的嵌入式多核平台对模型进行验证。实验表明，本文设计的低功耗执行模型能够在2.2%的性能损失的情况下为嵌入式多核平台上的并行应用程序节省平均13%的能量消耗。第四，提出了基于能量效率的反馈式动态电压频率调整(DVFS)方法。根据并行应用的特点，该方法将将并行程序的性能和能量消耗综合考虑，采用能量效率的能量延迟积(Energy-Delay Product，EDP)衡量基准，通过反馈式的动态电压频率控制框架，在并行程序运行初期发现适合每个核心最佳的DVFS档位，在不影响程序性能的条件下，减少能耗提高能量效率。最后通过实验对反馈式DVFS进行了验证和评估。