随着VLSI (Very Large Scale Integration,超大规模集成电路)的密度不断提高,半导体工艺进入纳米时代,基于总线通信方式的SoC(System-on-chip,片上系统)已经不能满足日益增长的并行计算复杂度的设计需求。NoC (Network-on-chip,片上网络)是多核技术的关键,它不仅具有强大的并行处理能力和极易扩展的通信架构,并且能够有效的降低片上通信问题的复杂度。本文围绕NoC拓扑结构和路由算法展开研究,以NoC算法优化及系统的FPAG实现为主要目的,通过对现有NoC关键技术进行深入的研究,在具有较强扩展能力且易于实现的2D-Mesh拓扑结构的基础上,研究适用于FPGA实现并具有高吞吐率的NoC系统。本文主要工作如下:(1)针对2D-Mesh拓扑结构的不足,提出了基于2D-Mesh的层次化NoC拓扑结构,重新定义了数据包的传输格式,并设计出了相应的路由算法。基于Noxim仿真平台对改进后的NoC性能进行了仿真,仿真结果表明改进的NoC系统在保证系统时延的情况下吞吐率有了明显的提升。(2)基于改进的NoC算法,完成了路由器和算法部分的设计,在FPGA上实现了 16核的NoC系统,并最终在Altera Cyclone IV开发平台上完成了 NoC的功能测试。(3)设计了基于PC机的NoC网络数据通信控制软件,该软件能够实现NoC系统与外围设备的数据交互。搭建了软硬件平台,测试了 NoC系统的主要功能。