随着信息时代网络技术的迅猛发展,网络为人们提供越来越多的信息量。与此同时,随着网络的规模不断扩大,网络所承载的数据流量不断剧增,实现对高速网络数据流实时、高效采集是网络监控和网络安全中的重要课题。数据采集卡系统需要由宿主服务器作为载体,在实时获取高速网络中数据流,进行高速处理后需要将大流量、高速率的数据流传输到宿主服务器上。高速IO总线技术的发展使得研发这种高性能的数据采集系统成为可能。PCI Express总线是在传统总线基础上发展起来的第三代高性能IO总线,具备高速率、高可靠性、低成本和扩展性强等特点。无论是大型服务器还是微型计算机系统,都对PCI Express具有良好支持。在当前所有需要通过计算机IO总线进行交互的硬件系统中,PCI Express总线成为多数系统实现高速传输的首选。在对高速数据采集系统的相关技术调研和研究的基础上,深入理解和分析了PCI Express总线体系结构和实现上的关键技术点,结合系统的功能需求和所要达到的性能要求,本文提出了一种基于PCI Express总线的高速数据采集系统的设计方案。整个系统包含硬件逻辑设计和软件驱动两部分,本文主要从系统硬件逻辑方面来阐述系统的设计与实现。在系统硬件逻辑开发上采用了模块化思想,将整个系统分为千兆以太网接入、数据匹配过滤和PCI Express总线的DMA传输三部分来设计并实现。通过搭建系统的软件验证平台,对系统的功能进行测试和完善;在实际的硬件测试环境中,配合系统的软件驱动,对本系统的整体系能做了充分测试和性能分析。本系统的硬件逻辑实现以Xilinx Virtex-5 FPGA芯片为硬件载体,实现了四路千兆(4Gbps的数据流)以太网数据接入,对数据流通过CAM芯片匹配过滤,并将处理后的数据块在PCI Express总线上通过DMA发送到宿主服务器的主存储器。系统提供了对DMA的3Gbps数据传输速率。