量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)技术利用量子物理原理,向需要保密通信的双方提供理论上无条件安全的通信密钥。自BB84协议提出以来,QKD技术受到了量子物理、计算机科学与密码学等多个领域研究者的广泛关注。目前,QKD系统正逐步从实验原理样机向小型化、集成化、实用化的商用QKD系统发展。本文以ZYNQ开发平台为基础,完成了QKD系统总体控制模块、时序控制模块、后处理模块及通信模块等四个关键模块的设计与实现。本文的主要工作如下:(1)总体控制模块设计与实现。为了实现了对系统信号的控制,本课题通过分析QKD系统的工作流程,开发了一套量子密钥分配终端控制软件;为了解决外部环境变化导致的系统工作效率降低的问题,本课题提出了一种自适应的参数自检方案。(2)时序控制模块设计与实现。为了完成总体控制模块指令的解析,生成QKD系统设备的工作信号,本课题设计并实现了一套时序生成方案;为了解决QKD系统通信双方的时钟同步问题,本课题还实现了一种基于光纤的时钟同步方案。(3)后处理模块设计与实现。为了使通信双方生成一致的安全密钥,本课题在课题组自主研发后处理算法IP核的基础上,实现了完整的后处理过程;为了实时监控系统的运行状态,本课题提供了后处理关键参数的上传接口。(4)通信模块设计与实现。为了满足QKD系统的通信需求,完成各模块间的数据传输,本课题利用ZCU106提供的接口资源完成了系统内部内存通信、通信双方之间SFP光纤通信。为了验证本文实现的QKD系统关键模块的正确性与实用性,本课题结合实际情况完成了四个关键模块的功能测试。测试结果表明,上述关键模块的功能满足QKD系统功能需求,为QKD系统进一步实用化、集成化提供了一种新的实现方式。