近些年来,高速数字系统对带宽的要求不断提高。在基于FPGA的系统中,经常需要一个外部存储器接口来缓冲超过了FPGA内部存储容量的数据。这种接口往往决定了整个系统的性能。除了更高的性能,内存控制器设计也需要是灵活的和容易实现的。随着内存的速度和容量的飞速提高,内存的控制逻辑也逐渐变得越来越复杂,其接口的设计越来越具有挑战性。本文就实现基于FPGA的DDR3控制器和接口设计这一课题,着重从时序控制逻辑和Leveling功能两个方面进行研究和设计,以满足高性能的要求。主要工作如下:首先由DDR3的特性与功能,引出了DDR3由于FLY-BY拓扑而进行Write Leveling技术设计的必要性,并深入研究了DDR3复杂的工作过程和相关命令。接下来结合高速高性能处理板项目工程,进行基于FPGA的DDR3控制器各模块的总体架构设计,给出了400MHz和800MHz时钟频率下的设计实现细节,以期高效率利用DDR3-1866的数据传输速率。然后针对FLY-BY拓扑结构带来的时钟信号和数据/数据选通信号之间的飞行时间偏移,深入阐述了Write Leveling技术的原理,并且结合Leveling过程中关键信号的信号完整性和时序分析,给出了基于FPGA物理层接口的Leveling技术的具体实现方法以及Write Leveling过程实现的相关算法。最后通过Xilinx的ML605开发板和高速高性能处理板的硬件平台,借助Xilinx的Chip Scope片上逻辑分析仪,完成对DDR3 Leveling技术设计的板级验证与调试。在基于Kintex-7系列FPGA的DDR3系统运行一段时间后,通过Chip Scope对一些关键信号进行监控,最后成功实现了800MHz速率的高速传输,并在开发板和实际系统中得到验证。相关算法具有创新性和工程应用价值,为今后Write Leveling技术的设计优化提供了经验。