随着半导体集成电路的飞速发展，未来的片上系统（System on Chip, SoC）芯片中将会集成成百上千个处理核，以实现越来越复杂的功能。在这个发展趋势下，SoC芯片面临着设计、验证与制造的各项挑战，传统的总线结构成为了限制SoC芯片速度、功耗、面积、数据吞吐量和可靠性的瓶颈。为了解决这个问题，片上网络（Network on Chip，NoC）作为一种新型的以通信为中心的集成电路互联结构被提出来。无线通信技术的发展对人类社会的生产生活带来巨大的变革。由于软件无线电技术只需通过软件上的更新就能够修改功能，具有传统硬件方式所无法比拟的灵活性、开放性和可扩展性；因此，软件无线电技术被越来越广泛的应用于无线通信系统中。软件无线电系统中的信号处理有别于传统的科学计算，具有数据驱动型和实时性等特点。随着应用需求的发展，系统中数字信号处理的计算量与复杂度越来越高，采用传统的单核或多核简单并行的方式已无法满足实际系统需求。研究表明，在未来的集成电路设计中，大规模的并行计算与处理技术将取代传统的串行方式，以提高集成电路处理能力和处理速度。由于片上网络具有传输效率高、功耗低、可扩展性好、传输可靠等优点，因此基于片上网络架构的大规模多核并行处理平台既能为复杂通信系统提供强大的处理能力和高速的运算速度，又具有低功耗和面积的优势，成为未来通信信号处理系统的物理平台。当前的NoC研究主要以通用系统为背景，缺乏对实时复杂系统的支持。基于上述背景，本文结合通信与数字信号处理系统的实时性、并行性、流水性等特性，在三维集成电路和无线片上互连等新兴工艺技术基础上，对面向复杂系统的NoC架构与映射技术进行了深入研究。本文的具体贡献如下：本文第二章提出基于自相似性的多元参数业务量模型。通过理论与实验相结合的方法，研究了网络拓扑、任务流图、映射对业务量自相似性的影响，根据通信系统的信号处理特点建立MPSoC数据关联模型，利用典型DSP系统进行建模实验，用实测的业务量Hurst参数拟合数据关联模型参数与Hurst参数的经验函数关系式，建立了从MPSoC数据关联模型预测和估计业务量Hurst参数的方法。实验表明，采用该业务量模型估计的Hurst参数与其真实值误差较小，能较准确的描述业务量的自相似性。本文第三章针对新兴的三维集成电路技术，提出三种高性能的三维NoC架构模型。利用De Bruijn图的低延时、低功耗、容错等特性设计出基于桥接DeBruijn图、基于环接De Bruijn图和基于双De Bruijn网的三维NoC架构。设计分别面向最小面积开销和最短路由路径的移位路由算法；针对不同架构特点，设计出能绕过节点故障或链路故障的容错机制。实验证明，在不同的网络与应用环境下，这三种架构能分别获得较明显的性能增益。本文第四章提出面向实时复杂系统的NoC多目标映射模型。改进了能耗的计算方法，结合通信与信号处理系统特有的注入率、迭代边界等约束，同时优化能耗和I/O关键路径延时。另外，采用细颗粒度任务划分方法，以及任务与处理核之间的多对多的映射模型，从映射角度调整节点负载的均衡性，提高节点的工作效率与流水操作的并发性。实验评估证明，该算法模型的延时和功耗性能优于传统遗传算法与随机算法。本文第五章针对新兴的片上无线互联技术，提出低延时、低功耗的无线NoC架构，以及面向无线NoC平台的拓扑与映射联合设计算法。利用无线信道的灵活互联特性与广播性，提出基于非规则拓扑的无线NoC架构，设计动态带宽分配机制提高网络吞吐率，给出简单的多播路由算法与特殊的虚通道控制逻辑以节约开销。另外，在约束条件下，以低功耗和实时性为目标，为具体应用同时优化映射与拓扑结构。对无线系统的实例研究表明，与传统映射算法相比，该联合设计算法能获得较大的性能增益。