如今,被认为是推动下一代网络发展的一项核心技术——网络处理器NP(Network Processor)已开始越来越多地受到业界地关注,网络处理器的出现被认为是通信半导体工业发展的一场革命,市场已经接收NP贡献给网络设备的价值,国内外的许多公司和大学也纷纷投入力量展开了相关研究。本文首先研究了网络处理器的并行体系结构。从硬件和软件两个方面综述了现代网络处理器所使用的主要并行设计方法和并行处理模型。特别是在软件并行模型上,分析了两种常用的并行设计模型:任务流水线模型和线程池模型。分析了它们各自的优缺点和适用范围。接着,论文深入到网络处理器并行软件系统设计领域,开发了一套通用的并行软件系统设计方法。利用该方法,可以快速地设计出满足应用需求和预期性能目标的最优化设计模型,并给出了具体实例。它改变了目前单纯依靠开发人员的经验进行网络处理器并行软件系统设计的方式,不但降低了并行软件设计的难度,缩短了开发周期还能够优化系统整体性能。最后,本文还研究了网络处理器局部资源调度优化问题。在基于多处理器的实时优化调度上,提出了一种基于包处理时间预测的负载均衡哈希调度算法FLBHDA(Forecasting-Based Load Balance Hash Dispatch Algorithm)。该算法在处理器间的负载均衡、低开销和低延迟、最大化系统吞吐率和保证包的处理次序等重要指标上均有良好表现。本文的研究课题受到Intel IXA大学研究计划的支持,并作为国家高科技技术发展计划(863计划)支持的引导项目课题-“基于网络处理器的IPv6硬件防火墙”研究的一部分。