随着多核片上系统所能集成的核的数量迅速增长,鉴于片上网络支持并行通信、可扩展性强、功耗可控等优点,它已逐渐取代传统的总线架构或点对点互联架构,成为片上系统的主流通信架构。除了计算子系统和存储子系统,通信子系统的性能也对构建一个高性能、可预测的完整系统有着极大的影响。尤其从应用需求层面来看,无论是提供高性能计算、大数据处理的服务器或桌面设备应用,还是随着近年来飞速发展的智能移动终端设备而出现的游戏、多媒体、视频/音频即时通讯等应用,系统对实时性的要求越来越高,这就对作为通信结构的片上网络提出了保障服务质量的要求。因此,为片上网络提供服务质量保障,一直是研究者和设计者关心的话题。对片上网络的性能进行分析时,一般有两种方式:模拟仿真方式和形式化的理论分析方式。与模拟仿真的方法相比,基于形式化的理论分析模型使用了数学建模的方式对系统状态与其性能指标之间的关系进行分析,不仅避免了模拟仿真实验耗时耗力、对最坏性能不能保证完全覆盖的问题,更缩小了设计探索空间,从而使设计流程加速,更能从深层次角度透析问题,帮助研究者和设计者理解系统状态与其性能之间的内在联系。本文中,基于形式化的功能验证模型和网络演算理论,我们提出了一个形式化的理论性能上界分析模型——网络演算图模型,将微体系架构和系统配置情况映射到该性能分析模型中,形成了一套完整的服务质量保证分析方法学。在理论方面,如何对资源共享的网络进行性能上界的分析与计算一直是网络演算课题中的难点。从简单的链路共享,到复杂的链路、缓存、令牌混合共享模式,资源共享的方式呈现多样性,加之网络中信息流、服务节点的行为方式也多种多样,这使得共享情形下对网络性能的预测十分困难。在本文中,我们首先对传统的等价服务曲线分析法进行了细化,讨论了两种不同的到达曲线模型和两种不同的等价服务曲线分析方法,在讨论如何求取端到端延迟上界、积压上界的解析式的同时,对哪一类到达/服务模型适用何种共享情景给出了说明,得到了更紧致的性能上界预测。之后,我们又提出了一种以到达曲线为核心的、低计算复杂度的、可重用的本地到达曲线分析法,解决了等价服务曲线分析法计算复杂度高、可扩展性低、可重用性低这些缺点。为了对理论方法进行验证,也为了检验理论分析所得的性能上界的质量,我们定义了评价性能上界质量的指标——紧致性。启发式算法、自动化分析工具的集成等仿真平台优化手段,使得网络中最拥塞状态下的性能结果在实验中易于被研究者观测到,进而对其进行系统性的评估。对网络配置参数中的目标流参数、干扰流参数、服务节点参数等是如何影响紧致性的进行了逐一讨论和分析后,我们确定了各个参数对网络性能的影响,这对帮助设计者理解系统状态、做出设计决策具有指导性意义。