随着器件、工艺和应用技术的不断发展,片上处理器的规模必将不断增加,对其内部进行互连和通信的片上网络的要求越来越高。本文结合大规模超大规模片上多处理器内部通信的特点,研究和探讨了片上网络路由结构、通信流量模型和拓扑结构。论文工作包括:1提出了一种结构简单、易于扩展的出端缓冲片上网络路由,该路由方法仅仅在路由的输出端缓冲数据,将所需的数据缓冲区较少了一半,简化了硬件结构,减少了片上网络占用的芯片资源和数据传输过程中读/写缓冲数据次数,提高了传输的速度,降低了功耗;设计并实现了一个结构规整、设置灵活、扩展简便的用户可定制片上网络模拟器。2结合片上多处理器通信特点和分片分块的结构特征,提出了一种基于区域分割的局部均匀随机通信流量模型。该流量模型是均匀随机通信流量模型的扩展和延伸,是均匀随机通信流量模型的一般模式,更符合片上多处理器内部通信局部性特征,因此能够比均匀随机通信流量模型更真实地模拟大规模超大规模片上多处理器内部通信。3将二维Mesh网格扩展到二维三角形和六边形网格,形式化描述了不同结构之间的联系,分析了扩展二维网格的性能;结合大规模超大规模片上多处理器内部通信特点,提出了一种基于卡诺图编码的片上网络分级互连结构和寻径方法。基于卡诺图编码的单环分级片上互连网络结构简单、成本低、速度快,是一种比较理想的大规模超大规模片上网络互连结构。4根据片上多处理器中对数据传送和命令传送的不同要求,结合不同结构大规模超大规模片上网络的性能特点,提出了一种命令与数据分传的片上网络结构,设计了用单环分级互连结构传送命令与控制信息、六边形Mesh网格传送数据信息的HHSR数据与命令分传原型系统。该原型系统保证和提高了命令与控制信息的传送速度,从而保证和提高了整个片上多处理器的性能。