自从1972年Hounsfield发明了第一台CT机,CT技术给医学诊断和工业无损检测带来了革命性的影响。CT作为一种先进的医疗诊断技术,具有非常广阔的应用前景。随着多层螺旋CT的出现,医用CT正在向着螺旋锥束CT转变。用螺旋锥束扫描方式重建得到的图像具有扫描速度快、空间分辨率高等优点,但这种成像方式在理论上比较复杂,运算的数据量巨大,技术实现上存在一定的难度,尤其是在速度方面一直是个难以突破的瓶颈。本项目所研究螺旋锥束CT三维重建的FPGA硬件加速系统,正是以提高锥束CT重建速度和质量为目的的,具有广泛的市场应用前景。本文作为螺旋锥束CT(HCBCT)三维重建的FPGA硬件加速系统的一部分,研究CT机工作站内存和FPGA硬件加速器之间的数据传输通道,选用PCI-Express总线的DMA方式完成投影帧数据从内存到DDR2以及重建后图像数据从DDR2到内存的高速传输,满足硬件加速器运算过程中对于数据传输速度的要求。本文首先阐述了HCBCT三维重建硬件加速系统的设计目标和设计方案,其中包括系统的构架和工作过程,然后介绍了本文研究的重点PCI-Express DMA控制器的功能。随后根据系统需要深入研究了PCI-Express总线处理层接口协议和处理层数据包的格式。其次,在全面分析PCI-Express协议和DMA控制器功能的基础上,设计和划分了控制器的整体结构及各子模块。模块的RTL实现过程中主要有两个难点,一是由于PCI-Express协议规定存储器传送不允许跨4KB边界,所以当DMA请求的读写数据跨越存储器的4KB边界时,该如何处理该请求;二是如何将内存中连续读入的投影数据存放到DDR2的非连续地址中。本文对上述难点的解决方案做了详细阐述。最后,介绍了基于Xilinx公司Virtex-5开发板的FPGA软硬件验证环境,测试结果表明PCI-Express DMA的功能正确,性能达到加速系统的要求,为HCBCT三维重建的整体实时实现提供了良好条件。