工业控制、医疗装备、汽车电子等领域有大量的嵌入式系统需求,随着实时传感器数据融合、信号大数据在线处理等需求的提高,嵌入式系统架构需要具备更强的实时流处理与数据传输能力。同构的嵌入式CPU、DSP架构往往难以满足复杂流数据处理场景的需求,基于FPGA与CPU结合的异构架构,能够发挥其可灵活定制的优势实现高并发的预处理和复杂数据传输,同时具有功耗低、扩展性好等特点。面向高性能嵌入式信号处理系统需求,本文提出一种传输链路规范化、通用化、可灵活重构的多片FPGA加嵌入式CPU的架构。针对该架构,本文着重研究并设计了FPGA的内外部的灵活互联接口,给出FPGA与嵌入式CPU的控制和传输方案,实现了FPGA和嵌入式CPU在实时数据传输层面的协同。本文的主要工作如下:1)建立并实现了FPGA与嵌入式CPU的PCIe链路,然后完成基于DMA的数据传输,采用命令队列的方式来解决流传输过程中由命令处理延时导致的数据间断问题,通过灵活设定采样量来平衡数据传输的带宽和实时性。2)构建FPGA上的互联基础架构,包括PCIe接口、DMA、以及DDR等模块的互联,该架构可在不改变硬件逻辑的前提下实现多种方式的数据传输,并使用通用接口加中间模块的方式降低模块的耦合深度,具有较好的灵活性和通用性。3)完成了一种高效率的AXI协议接口DMA模块,该DMA模块可对命令进行AXI事务拆分,使软件在发送命令时无需考虑协议4K边界的问题。最后构建了测试平台进行测试和验证。实验结果显示:FPGA与嵌入式CPU之间可实现超过3GB/s的数据传输,FPGA之间通过Aurora可实现超过14GB/s的高带宽传输。在嵌入式CPU管理控制下,系统可以实现实时流数据传输、缓存、数据回放等多种方式的数据传输,表明系统能够实现处理器单元之间的协同和高效稳定传输,验证了架构和传输方案的可行性。