片上网络(Network-on-Chip, NoC)作为一个新的设计方法被提出,它弥补了片上系统(System-on-Chip, SoC)带来的一系列问题：可扩展性差、总线通讯效率低、单一时钟同步等。NoC采用全局异步--局部同步的通讯机制,不仅有良好的可扩展性和可预测性,还提供了高带宽的并行通讯能力。随着对NoC不断深入的研究,给设计者们引入了新的机遇和挑战,例如功耗和稳定性。为了获得高性能的片上网络,大量的缓存被利用到片上网络通信中,造成了缓存冗余和功耗泄露。并且,研究发现当片上网络中缓存达到一定数目时,片上网络的性能并不是随着缓存队列数目的增加而线性增长的,反而对整个网络造成负面影响。研究表明片上网络中所有路由器的缓存队列占据了整个网络缓存的60%左右,缓存在时间和空间上利用率低,从而导致了大量的功耗泄漏,更重要的是路由器中的缓存队列不能共享严重造成了功耗浪费。因此,本文对通用路由器内部结构进行优化,设计出缓存共享的路由器。该路由器减少计算单元(Processing Element. PE)输入物理通道的缓存队列,使其与其他端口的输入物理通道的缓存队列共享,提高了缓存的利用率,降低功耗和硬件开销。基于缓存共享的路由器,本文提出了容错的路由算法。由于片上网络体系结构对路由节点的错误很敏感,一旦有链路或者路由器出现问题,核之间的通信就不能得到保证。尤其随着片上网络IP核的增加,路由器和链路故障会对整个网络造成不可想象的灾难。所以路由算法是否具有容错能力影响整个体系结构的稳定性。本文提出了一个融合缓存共享路由器的容错路由算法,该算法在PE输入物理通道分别与X维、Y维输入物理通道缓存共享的情况下,通过动态阈值来控制整个网络的拥塞,在最短路径中选择没有故障和拥塞度相对较小的路径,将数据包从源节点发送到目的节点,改善了整个网络的延迟,提高了稳定性,在一定程度上降低了功耗开销。最后,本文利用周期精确的Noxim模拟器,在三种不同的流量模式下,分别对本文的路由算法、XY路由算法和DyAD路由算法进行了性能和功耗上的评估,仿真结果发现本文的路由算法性能都优于其它两种路由算法。在随机流量模式下,针对故障节点数量的不同,实验结果显示容错路由算法相比NF路由算法和DyAD路由算法有较高的稳定性,功耗相比前两者要节省10%左右功耗开销。