目前高速存储技术现在已经成为大数据时代的关键技术，PCI Express总线具有极高的传输带宽，所以基于PC机PCI Express数据传输是大容量大带宽数据传输的有效途径之一。本课题就是利用FPGA基于PCI Express开展数据传输和存储的开发，在FPGA侧利用IP生成PCI Express核实现大带宽的数据传输，上位机侧利用PCI Express的驱动实现大带宽数据的接收，并进行实测数据的传输验证与演示。

1.2 研究现状和发展

相关领域的快速发展对高速采集与存储技术提出了更高的要求。尤其是在流体动态测试、图像处理以及深空探测等对实时性要求比较高的研究领域，高速存储技术的重要性不言而喻[4]。近年来，高速采集与存储技术得到了很大发展，系统性能与各种功能被不断地加以完善。

目前高速存储技术主流的方法是使用SATA固态硬盘或是在计算机操作系统控制下，通过总线将数据传输到硬盘，其中使用PCI Express总线是常用方法。SATA是一种高速串行技术，使用Xilinx的Virtex系列FPGA可以很方便地实现，但是这种方法成本较高，不易控制，而PCI Express技术显得更灵活，更易实现，并且带宽极高，存储容量大[5]，所以PCI Express总线技术是一种较理想的方法，在各领域得到了广泛的认可和应用。

1.3 PCI Express总线简介

PCI Express全称为Peripheral Component Interconnect Express，是由Intel公司开发的第三代I/O技术，被称为3GIO。

PCI Express标准是旧版PCI和PCI-X并行总线标准的下一代演进。 它是一种高性能，通用的互连架构，专为广泛的计算和通信平台而设计。 它是一个基于分组的点对点串行接口，向后兼容PCI和PCI-X配置，设备驱动程序和应用软件。 其更快的串行总线架构采用专用的双向I / O，代表了一种新颖的架构方法。 各种通道配置的带宽如表1-1所示。 由于协议使用的8B / 10B编码和解码的开销，有效带宽低于原始带宽[6]。

表1.1  各种通道配置的带宽

PCI Express系统中以链路进行两个设备的物理连接，每条链路中可以包含多个通道。目前的版本有PCI Express1.0、PCI Express2.0和PCI Express3.0。PCI Express可以配置成x1、x2、x4、x8、x16、x32模式进行数据传输，不同的链路宽度提供不同的传输性能。不同规范下的PCI Express传输速率不同，对于单通道的PCI Express而言，PCI Express1.0的传输速率为250MB/S，PCI Express2.0为500MB/s,PCI Express3.0为1000MB/s。Xilinx公司的Virtex系列FPGA对PCI Express提供了良好的协议支持[7]。

1.4 论文的研究内容和章节安排

本论文主要研究利用FPGA基于PCI Express开展数据传输和存储的开发，在FPGA侧利用IP生成PCI Express核实现大带宽的数据传输，上位机侧利用PCI Express的驱动实现大带宽数据的接收，并进行实测数据的传输验证与演示。本设计研究对象为系统的硬件部分，即用于数据传输和存储的电路板卡的模块化设计，利用PCI Express实现数据双向传输，并进行实物验证。

本论文主要分为五章，以下是本文具体内容安排：

第一章：绪论。主要介绍了高速数据传输与存储系统的研究背景及意义，研究的发展现状，简要介绍了PCI Express协议。

第二章：主要介绍了PCI Express的架构体系，论述了PCI Express的协议层次、逻辑层机构以及它的事物机制，

第三章：给出了硬件系统的设计方案，论述了硬件系统的结构设计以及各个模块的主要功能和设计方案，从系统的功能需求出发，分析系统各部分所需的参数指标，给出了硬件系统的设计方案，介绍了设计的主要流程。

第四章：数据传输与存储系统的FPGA实现，系统是基于FPGA实现的，使用了Verliog HDL对传输与存储系统的各个模块进行了程序开发，在ISE平台进行，介绍了IP核以及它的建立过程，DMA模块的原理及实现过程。