随着计算机性能的不断提高，CPU的时钟频率以及计算机外围接口的带宽成指数地增长，这导致处理器的数据吞吐量也相应的增加。作为第二代总线标准代表的PCI和PCI-X总线，其局限性越来越明显，尤其在带宽和扩展性方面，已经不能满足系统日益增长的需求。PCI Express总线应运而生，其先进的系统架构、灵活的扩展性和超高的带宽，使得PCI Express迅速适应高速及实时性要求比较高场合，并且会在未来几年内成为总线领域的佼佼者。本课题的主要成果是设计了一种实现PCI Express总线接口和光纤通信模块的硬件系统。该系统以一片高性能的Virtex-6FPGA为核心，物理结构依据PCI Express2.0标准设计，PCI Express总线最多可以扩展到8个通道，理论可支持的最大带宽为40Gbps。同时，系统对外提供可替换的IO接口模块，通过接插光纤模块可以实现主机与外设之间的高速数据传输。首先，对包括PCI Express总线在内的三代总线标准的性能指标进行了对比，归结出PCI Express总线的技术优势，并预测了其未来的发展趋势。对PCI Express总线标准的系统架构、层次结构、事务机制以及配置空间进行了详细的分析，并总结了课题研究时涉及到的关键技术和知识点。然后，详细论述了FPGA系统的硬件设计方案和逻辑设计方案。前者主要包括对系统硬件的总体方案设计和板卡级设计；后者对于系统逻辑设计中比较核心的模块，如PCI Express的DMA数据传输方式、基于Aurora协议的光纤通信方式等，进行了细致的分析，并在文中给出了时序转换图和Verilog代码。最后，用Modelsim和Chipscope工具对设计方案进行了时序仿真和验证，以保证设计的合理性和正确性。通过验证结果可以证明上述方案是可行的。