目前,随着集成电路设计等技术的发展、应用系统复杂性的增加,传统的同步系统设计方法将面临巨大的技术挑战。另一方面,在设计具有分布、并发等特点的实时控制系统时,对系统的实时性、可靠性、低功耗等又有较高的要求。一种可行的设计方法是将系统按功能划分成若干相互独立的模块,各个模块处于不同的时钟域,从而构成一个异步、并发的系统。我们认为可以采用异步数据传输机制来解决模块之间的连接与数据传输等问题。本论文首先介绍了异步数据传输机制的基本理论,包括异步数据传输的本质、模块间的异步数据传输方式、异步数据传输机制的几种基本类型,以及异步数据传输机制的相关特性等;第二,利用有限状态机理论建立了Pool型和Signal型ACM的抽象数学模型P-FSM和S-FSM,在此基础上对ACM的相关特性进行了形式化的研究和分析,并研究了亚稳态问题对ACM的影响;第三,利用Matlab的Stateflow和Simulink工具,在P-FSM和S-FSM的基础上,建立了两者的仿真模型EP-ACM和ES-ACM,并对其进行了仿真和分析;第四,对基本型ACM进行了不同的扩展,提出了组合型ACM、缓存型ACM、双向型ACM、带Agent型ACM和多读取端型ACM等概念,并对其中几种扩展类型利用Simulink进行了仿真和分析;最后,研究了异步数据传输机制的硬件实现方法,探索和分析了异步数据传输机制的应用领域,提出了基于ACM的系统互连架构设计模型AIM以及基于ACM的网络控制系统等概念。