近年来,随着异构多核片上系统（Heterogeneous Multi-Processor SoC）集成度越来越高,大量处理器核及功能单元之间的通信需求对片上总线系统提出了更高的要求。当前片上总线主要采用并行传输方式,并行总线通过增加总线位宽、提高总线时钟频率来提高带宽。然而随着时钟频率与位宽的提高,信号偏移和信号干扰问题愈发严重,并行信号之间的时序同步愈发困难,布线难度大大增加,阻碍了并行总线传输速率的进一步提高。针对传统并行总线布线复杂,且带宽提高受限的问题,本文利用串行总线布线少、带宽高的特点,提出将其应用于片上高带宽数据传输,通过行为级、系统级的片上串行总线结构设计,对串行传输方式在片上高速数据通信中的收益进行了前瞻性的研究。针对异构多核SoC中各个处理器核与功能单元对传输带宽和延时需求不同的特点,本文设计了一个具有低延迟并行总线和高带宽串行总线的串并混合总线结构,该结构在大幅度提高片上总线带宽的同时,能够匹配异构多核SoC的传输需求,为了实现匹配过程,制定了针对串并混合总线的仲裁策略。串并混合总线适用于对带宽需求很高的应用,本文以图像类神经网络数据传输为例,研究了串并混合总线的实际应用,并且利用混合总线中串行总线可以消除冗余位宽、减少冗余信息的特点,将数据编码方式应用到串行总线,提高了串行总线吞吐量。本文基于Xilinx FPGA平台,搭建了串并混合总线系统,并对其进行了功能验证,评估了串并混合总线系统的资源开销、延时信息。本文设计了串并混合总线的仲裁分配策略,分别对静态分配策略和动态分配策略的传输时间进行评估,动态分配策略最高可减少81.8%的传输时间,静态分配策略平均可减少67%的传输时间。本文以霍夫曼编解码为例,评估了其资源开销,并分析其对不同数据集的压缩效率,对于MNIST数据集,编码压缩比为59.18%,对于Fashion MNIST数据集,编码压缩比为30.27%。综合实验结果表明,串行总线适用于对延时要求不高的高带宽传输应用,本文设计的仲裁方法可以适配异构多核SoC的传输需求,采用动态分配的策略更加高效,将编码方法应用到串行接口可以有效提高串行总线吞吐量,霍夫曼编码适合压缩背景区域大的灰度图像数据集。