近年来,随着光电信息技术与其它学科技术的高速发展,人们在获取事物信息的手段变得越来越先进,进而导致信息量的爆发式增长。所以信息存储技术越来越受到人们的重视,尤其是在高速的信息储存方面正在制约着人们对于事物细节信息的获取。因此,对高速存储系统的设计和研究,就成了一件非常有意义的工作。本文在查阅了大量相关的资料,结合系统设计的各项指标要求以及现有的系统设计方案后,考虑在设计中采用SATAⅡ接口技术,使用带有专门吉比特收发器接口的赛灵思Spartan-6 FPGA芯片(XC6SLX25T)作为系统的主控制芯片,以DDR SDRAM作为系统的高速大容量缓存,以固态硬盘作为大容量高速存储设备,设计制作了基于FPGA的脱机大容量高速图像存储系统。本文从系统设计方案论证与定型、系统的硬件设计、相关的协议分析与实现和系统各模块的仿真和验证等几个方面进行了详细的论述:首先,通过查阅相关资料,通过对IED接口方案、PCI接口方案、PCI-E接口方案以及SATA接口方案的详细论述与对比,结合系统的设计要求,决定使用带有SATA接口的系统设计方案,最终确定了相关的芯片型号。其次,根据所使用的芯片制作了数据采集模块电路、DDR模块电路、SATA相关模块以及一些外围电路并给出了原理图,阐述了相关的协议以及在PCB设计方面布局布线方面的一些注意事项,并重点介绍了DDR控制协议及DDR控制器的FPGA设计流程。再次,重点阐述了SATA的传输协议以及SATA应用层、传输层、链路层以及物理层的FPGA设计及结构框架,并介绍了SATA应用层中映像寄存器的使用,即SATA控制器的操作与使用。最后,是系统的相关仿真与验证部分,介绍了DDR SDRAM模块的读操作与写操作的仿真,SATA硬件部分GTP模块的仿真和实验设计与验证结果,以及SATA控制器各个层级的FPGA验证,并给出了chipscope时序图。经过测试表明,各项测试结果达到预期目标。