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在半导体工艺技术发展、摩尔定律以及需求增长的多重驱动下,未来SoC/NoC的集成度和复杂性将继续增大。按照ITRS 2009年报告预测,到2020年单个芯片上的晶体管数目将达到100亿个。届时单个芯片上将集成数以千计的IP核,包括通用处理器GPP核、数字信号处理器DSP核、专用处理器ASIP核、算法组件核以及存储单元核等。在这样大规模的多核SoC设计中,各个IP核之间如何互联通信以及众多IP核资源如何管理和有效利用成为研究者们亟待解决的重要课题。因此,未来多核SoC必须从总线体系结构和IP服务架构上进行创新性设计,才能够从根本上解决高性能、低功耗、并行性和可扩展性强的片上通信系统的诸多瓶颈问题。这已经成为近年来学术界和产业界研究的热点领域。坚持“今天的PC世界,就是明天的SoC空间”的理念,将PC世界的应用软件、操作系统、通信协议和算法等极大化地嵌入到下一代多核SoC(NoC)中。把面向服务体系结构(SOA)引入到异构嵌入式多资源结点及多核处理器系统设计中,尝试在多核SoC硬件模型上建立面向服务的语义描述,开拓一种非传统操作系统概念的多元资源SoC的资源管理方法。在上述研究背景下,本文主要在以下三个方面对未来多核SoC的总线架构、片上通信和资源管理问题进行了探索性研究:(一)针对嵌入式系统SoC资源和应用领域多元化的趋势,提出了多元资源嵌入式系统(PRES)和多元资源片上系统(PRSoC)的概念;借鉴互联网的思想,从总线架构的角度对未来单硅片内拥有成千上万个IP核资源的SoC/NoC进行模型设计,为从体系结构上彻底解决片上通信的瓶颈问题,将网络技术应用到芯片设计中;提出了基于NoC、采用一种非对称片内单向串行只写总线(OWOCSB)互联多元资源结点的PRSoC硬件模型,并在该模型中实现了8051单片机IP核、硬盘控制器IP核和以太网控制器IP核等;利用Mesh网络拓扑结构实现多资源结点的深度互联扩展,形成一个具有多元资源结点架构的多元资源结点网络(PRNN)模型;(二)提出并设计了一种基于PRSoC硬件模型的资源访问协议——统一资源访问协议(URAP),为具有多元资源结点架构的SoC应用程序提供统一的接口和规范,使得用户可以透明的访问到PRSoC系统中所有末梢资源结点,完成对系统中混杂资源的统一管理;通过对PRSoC中各类资源结点进行应用角色和操作功能划分,提出了一种基于URAP的面向角色资源管理框架(RO-RMF)。(三)在PRSoC硬件模型中的主资源结点和从资源结点间建立了基于URAP和RO-RMF的语义层模型,形成了“需求—语义—实现”的片内三层服务架构;并采用UML构建了基于PRSoC三层服务架构的文件系统模型和基于MPI硬件加速模块并行算法模型实例。最后,设计实现了一套集多个异构处理器和多种外设资源于单板的PRSoC板级原型机系统。