FPGA通常携带大量算术逻辑资源,具有设计周期短、开发成本低和可重配置等特性,因而在空间和地面数字系统设计中得到广泛应用。然而,SRAM型FPGA对辐射粒子非常敏感,常会受其影响而造成FPGA设备故障,降低了数字系统的可靠性。因此,本文对FPGA容错技术进行了研究,从而处理由发生率较高的单粒子翻转SEU和多位翻转MBU造成的FPGA芯片软错误,提高数字系统的可靠性。通过分析基于FPGA的数字系统实际应用背景,并在深入剖析FPGA内部结构和故障类型的基础上,本文对常用FPGA容错方法进行了总结,进而将高可靠性的基于配置比特流的容错方法做为研究重点。针对该类方法中外部刷新设计资源开销大、内部Frame_ECC刷新设计无法处理MBU问题的缺陷,提出了基于回读验证的内部刷新方案,即利用回读验证技术检测、定位翻转故障,然后通过内部刷新修复故障。基于上述容错方案,本文设计了一个内部刷新容错系统,通过创建硬件平台并编写容错功能程序,成功的将该容错系统实现在Virtex-II Pro FPGA上。最后,利用故障注入方法模拟翻转故障,进行了板上测试实验。测试结果表明,容错系统可在不中断用户功能逻辑的前提下,利用ICAP接口回读配置内存比特流数据,且准确检测、定位和修复故障,验证了设计功能的正确性和在线性。由于设计中不必采用外部附加设备,从而进一步降低了系统整体的重量和体积。