高速数据采集系统广泛应用于诸多领域,如雷达信号处理、生物光谱分析和无人机入侵检测数据获取等。随着现场信号采集速率和处理器性能的不断提升,高速数据采集系统需要越来越高的数据传输速率将现场数据传输到计算机中进行处理,因此设计高总线传输速率的数据采集系统至关重要。PCIE总线相较于传统总线具有更快的数据传输速度、良好的兼容性和扩展性,因此设计基于PCIE的高速数据采集系统具有重要意义。本文研究了一种基于PCIE2.0总线的高速数据采集系统,通过连续读写方式的缓存控制器设计和级联结构的PCIE总线传输控制器设计,实现了系统数据的高效缓存和高速可靠传输。本文主要工作如下:1、讨论了系统设计方案,包括系统的硬件和固件控制逻辑架构,并分析了系统固件控制逻辑设计中的两个难点(即高效PCIE总线传输控制器设计和高效缓存控制器设计)和系统硬件设计中高速电路设计这一难点;2、设计并实现系统功能的FPGA固件控制逻辑,包括ADC控制器、DDR3控制器、PCIE总线传输控制器和FIFO设计,通过连续读写方式的DDR3控制器设计实现系统高效数据缓存,利用级联结构DMA接口方式的PCIE总线传输控制器设计实现系统高速数据传输;3、设计并实现了低延时输出的ADC采集子板,围绕ADC芯片进行ADC采集子板的原理图和PCB设计,并在PCB设计中通过等长蛇形走线解决高速并行数字信号串扰与时延问题;4、对系统进行测试:设计系统的测试方案和搭建软硬件测试平台,完成系统的硬件状态测试,并在此基础上进行系统采集功能测试、系统缓存读写测试和系统传输功能实验。实验结果表明系统PCIE2.0总线x8通道达到了最高3.3GB/s的高传输速率设计指标要求,运行稳定可靠。