当今片上系统(System On Chip,SoC)在芯片设计中的比例越来越大,SoC技术的研究对国家信息安全、智能硬件和增强现实等新兴领域的发展有着重大的意义,这些领域对SoC的性能要求也在不断提高。目前提高SoC性能的方法主要有两种,其中一种方法是采用先进的制程工艺,另一种是改进SoC的架构。目前很多公司采用平台化的SoC设计方法。该方法也是本文SoC采用的方法,它有效降低了SoC的产品开发周期和风险。本文主要对红外图像中低层处理单核和多核SoC的通用模块分别进行了研究。首先研究了单核SoC的外部存储器控制器的设计,外部存储器是SoC的重要外设并且其对于SoC的性能尤为重要,本文针对Nor Flash和SDRAM两种存储器设计了一个性能较高的外部存储器控制器;然后针对该SoC的4种不同工作模式设计了启动引导程序。在单核SoC的基础上本文提出并搭建了一种多层总线的多核SoC平台架构,该SoC采用开源处理器leon3和较高性能的系统片上总线AMBA 2.0。多层总线之间的通信通过桥接的方式来实现,本文设计了一种主从结构的AHB2AHB桥用于多层总线通信,另外设计了用于图像处理IP核的AHB主设备接口和APB从设备接口,然后详细介绍了单核SoC的系统级功能验证和多核SoC平台的功能验证方法。本文最后对单核SoC芯片的图像性能和多核SoC平台中的处理器并行执行能力分别做了性能分析。单核SoC的评估表明该SoC处理640*480图像的速率高达90帧每秒,具有较高的实时性和较好的处理效果。多核处理器性能评估采用了最常用的CPU性能评估程序Dhrystone和Coremark,评估结果表明在搭建的SoC平台中4核处理器leon3是单核处理器处理性能的大约2倍,具有较高的并行处理性能。