随着以太网应用的普及、计算机处理能力的提升和电子设备的智能化发展，未来生活将实现把各种家电、安全设施和个人消费品通过以太网连接到一起，因此基于以太网的小型嵌入式通信系统的应用正变得越来越重要。随着FPGA单片可编程容量的日益增大，将FPGA与嵌入式处理器相结合，通过在嵌入式系统中引入TCP/IP协议栈，以支持FPGA与网络设备的连接，成为目前片上开发可编程嵌入式系统（SOPC）的重要研究方向。本文立足于Xilinx公司Virtex-5FX系列FPGA的嵌入式处理架构，在研究千兆以太网的MAC层机制和GMII接口操作以及Marvell公司千兆位PHY芯片结构的基础上，提出了基于Virtex-5的千兆以太网通信系统的实现方案。本文借助于Xilinx EDK12.4软件集成环境以及嵌入式开发SOPC技术，利用Virtex-5内嵌的MicroBlaze软核处理器和PowerPC硬核处理器分别搭建了两个嵌入式网络通信系统，详细阐述了两个系统的硬件平台搭建方法、硬件驱动程序设计以及基于LwIP网络协议栈的应用软件程序设计。最后结合典型的以太网通信实验进行系统测试，结果显示搭建的千兆网络通信系统最大可支持352Mbps的传输速率，这说明本文设计的通信系统满足千兆以太网传输要求，在小型嵌入式应用上可充分利用现有的物理网络，达到了预期目标。