片上网络作为片上多核系统的新型通信架构,满足了多连接和高并发的通信要求,随着集成电路向深纳米阶段发展,因器件老化等带来的故障频发,并体现为在网络中的通信功能阻断,使得片上多核系统可靠性下降、功能失衡,并最终完全失效。片上互联子系统是片上网络的构成单元,是物理器件的实际载体和网络通信功能的实际执行体,也是多数故障的高发地。为了能够在故障发生后及时恢复片上网络通信功能,以支持和延长片上多核系统的使用寿命,因此需要对片上网络的基本构成——片上互联子系统的自愈技术进行研究,设计出复合系统特点的自愈方案,以提升其可靠性和故障恢复能力。本文所作关于片上互联子系统多层协同自愈技术的研究遵循两条研究路线,分别是围绕片上互联子系统实际组成的、以模块和算法设计为主的局部研究路线,以及围绕系统间互联特点和通信实现的、以机制设立和方案研究为主的全局研究路线。两线并行,首先本文细化研究对象至系统各组件的传输线,对片上互联子系统进行了新的传输线级别的研究区域划分,依据影响大小和物理范围进一步确立故障的信息粒度,分别为表征粒度、功能粒度和基础粒度,由此得到故障的三个检测窗口并对各个检测窗口中的故障进行建模。接下来根据故障模型与片上互联子系统层次的对应关系建立了三个自愈的层级:硬件层功能自愈层级、传输层算法自愈层级和系统层拓扑自愈层级。在本文的研究中,实现各层级自愈的技术主要由三部分构成,分别是故障信息感知、容错处理和特征机制挖掘。针对这三个部分本文依次做了独立研究和验证:1.利用端口特性提出了内外多端故障感知机制;2.通过融合精简备份、飞桥设计和可配置的多种算法提出了复合式容错设计;3.通过挖掘设计的共性提出了多层协同自愈的机制。同时,在设计的过程中,本文在各个部分均嵌套了方法对比和理论分析,总结得到片上互联子系统多层协同自愈产生的理论条件,分别是:自愈可分层级理论、多连接故障感知理论、复合容错方法理论、协同要素理论。仿真结果表明,本文片上互联子系统多层协同自愈设计在高数据包注入环境下,当故障节点覆盖率高达100%即网络中16个节点全都发生故障时,仍然能够维持网络吞吐率,且平均包延迟相较于无故障状态下降低,最大降幅超过3%;同时,在代表可靠性量化的MTTF中,本设计相比于通用网络提升了75%;而资源开销仅增加了6.51%。