随着半导体技术的不断提高以及嵌入式应用的飞速发展，在高性能嵌入式系统设计时采用MPSoC结构已经成为一种趋势。由于嵌入式系统是“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”，它强调的是面向具有应用的性能最优；而MPSoC的片上内存结构与其性能、功耗、成本等几个关键参数直接相关，并且已经成为系统性能提高的一个瓶颈。因此，如何设计MPSoC的片上内存结构使得它针对具有应用性能最优，已经成为嵌入式系统设计中一个亟待解决的关键问题。本文主要研究了嵌入式MPSoC的片上数据内存结构设计的几项关键技术，包括多核间的任务分配与调度、多核间的片上内存容量划分和单核上的片上内存结构设计。并且在设计MPSoC的片上内存时，为了取得针对具有应用的性能最优，采用的是软硬件协同设计方法，也就是在一定设计目标下进行硬件和软件的联合优化。本文首先对嵌入式系统结构设计要用到的基准测试程序和计算机体系结构仿真器做了详细的介绍和分析，然后针对上述三项关键技术分别做了详细的研究和优化。第一，在多核间任务分配与调度的研究中，本文提出了一种提出了一种基于整数线性规划（ILP）的MPSoC核间数据DMA传输优化算法。该算法集成任务并行和数据并行、DMA片上片外数据搬运和DMA核间数据搬运、DMA数据预取于一体，从而很好的解决了媒体应用在MPSoC上的任务分配和数据传输优化问题，并且也为下一步的MPSoC片上数据内存的容量划分和结构设计提供了软件方面的准备和基础。第二，在多核间片上内存容量划分的研究中，本文提出了一种基于ILP的片上数据内存容量划分算法。该算法的核心思想是实际处理时间长的核划分更多的片上数据内存，实际处理时间短的核划分较少的片上数据内存，目标是使得每个核的实际处理时间接近一致，以进一步提升系统性能。第三，在单核片上数据内存结构设计的研究中，本文提出了一种片上数据内存结构设计探索算法。该算法是一个通用的片上内存结构设计的全搜索算法，目的是让处理器上被分配任务的数据特征与其片上数据内存结构更匹配，以进一步提升系统性能。最后，通过这三个算法的综合设计优化，本文完成了针对具有应用的嵌入式MPSoC的片上数据内存结构设计。通过本文的研究，可以得到一种行之有效的针对具有应用进行MPSoC片上内存结构软硬件协同设计的通用方法。采用该方法可以使MPSoC的片上内存硬件和其上运行的软件更加匹配，减少程序访问存储系统的时间，从而提高系统性能并降低系统功耗；并且该方法还可以降低嵌入式系统设计的开发周期和生产成本。而这些指标对于日新月异的嵌入式市场都是至关重要的。