随芯片的集成度越来越高，传统意义上的片内系统总线AHB、ASB，难以满足对高性能SoC系统的需求，基于AXI总线的SoC架构，越来越成为高性能SoC系统架构的发展方向。本设计旨在为基于AXI总线的SoC架构设计提供一套完整可参考的设计方案。论文深入分析总结了AXI总线协议，并且通过与AHB、APB详细地对比分析，给出了根据不同IP的带宽的性能要求进行总线的选择的方法。提出了基于AXI总线的SoC系统的设计流程，给出了软硬件的协作的流程方法，主要模块的特征和带宽的分析方法、系统应用分析、硬件划分等。根据AXI总线的特点，设计几种不同架构的AXI busmatrix，包括有多通道、共享通道与混合通道的AXI bus matrix，然后总结了其特点及应用场合。对AXI bus matrix内部的分配器和仲裁器进行了归纳分析，并设计了多种仲裁器，并总结了不同仲裁器的特点。对于SOC系统中外围的桥，本文也逐一分析了内部架构，并提出了实现方案。最后，搭建了AXI bus matrix验证平台，可自动统计带宽、延时、访问时间等总线性能指标，实现了对某基于AXI总线的SoC高清数字电视芯片的验证分析。并且，该验证平台可以推广至其他AXI busmatrix的验证。本设计已经应用于某高清数字电视SoC芯片，并实行量产。经实际的验证，本文提出的设计流程、设计方法满足实际应用需求，可为SoC架构设计师从开始设计一款SoC芯片，提供一个可参考的依据，值得推广与借鉴。