随着人们对计算机产品性能的要求越来越高,特别是对于工程上的高密度计算,单处理器系统已不能满足人们的要求。伴随着集成电路工艺技术的发展,多核技术已成为下一代集成电路设计的趋势。其中,如何提高多个核之间的通讯效率成为片上多处理器系统(Multiprocessors System-on-Chip,MPSoC)设计的关键。在中小规模的多核系统设计中,多以总线架构作为其片上通讯架构。传统的总线架构无法满足并行通讯的要求,随着处理器数目的增多,通讯效率更是随着降低,进而成为制约整体性能提升的瓶颈。本文在RTL级设计并实现了基于AXI总线协议的通讯架构,在对AXI总线通讯架构研究的基础上,对多核系统进行高密度计算的潜能进行了挖掘,并对如何发挥多核系统的并行性以及系统优化等问题进行了一些基础性的探索。论文的主要工作如下:首先,本文设计并实现了基于AXI总线架构多核系统平台,重点阐述了总线架构中的各个子模块的设计。其次,以矩阵运算为例对高密度计算进行了一些研究,探索不同工作负载、通讯架构对多核系统性能的影响。大量的实验结果表明,在中小规模的设计中,基于AXI总线架构的多核系统具有优异的加速比性能。最后,论文以MPEG-4视频解码为实际应用案例,就复杂计算问题在MPSoC系统中的实现与优化问题进行了探索。直接将一个复杂计算问题在MPSoC系统中实现并不能达到理想的效果,必须根据硬件及算法特征,对算法进行优化,使负载均衡才能发挥多核并行计算的优势。