由于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的可配置性,FPGA得到了广泛关注和应用。尤其是SRAM型FPGA,具有高性能、高密度、短开发周期和灵活的可配置性等特点,使得其在商用和科研上得到广泛应用。与专用集成电路不同,SRAM型FPGA可以在线配置和重配置,这一特点使得SRAM型FPGA在航天领域应用中受到欢迎。但是由于SRAM型FPGA的自身结构,使得其在航天领域应用中会受到限制。空间环境中存在着大量的高能粒子,如果这些高能粒子撞击到集成电路上,有可能造成单粒子效应,如单粒子翻转(Single Event Upset,SEU)、单粒子瞬态等。而SRAM型FPGA中存在着大量的SRAM单元,这些SRAM单元被粒子撞击后有可能会发生单粒子翻转。对于SRAM型FPGA,发生单粒子翻转是一个严重的事件,因为单粒子翻转有可能会使SRAM型FPGA发生永久性功能错误,除非对其重配置。因此,对于应用在航天领域中的SRAM型FPGA的单粒子翻转可靠性评估技术和容错技术的研究是国际上的研究热点。本文通过研究故障注入技术对SRAM型FPGA单粒子翻转可靠性进行评估,并通过研究刷新技术对SRAM型FPGA进行容错设计。主要研究内容有以下几个方面:(1)快速故障注入技术研究。配置存储器作为SRAM型FPGA最重要的组成部分,发生在配置存储器中的单粒子翻转可能会直接改变用户电路的实际功能。本文首先对SRAM型FPGA中配置存储器发生SEU进行了故障解析,然后针对故障注入的每个步骤分别进行研究,在速度上对每个步骤进行优化,从而提升故障注入的速度。通过优化地址发生器,使其能够实时产生服从均匀分布的有效地址,接近空间中粒子撞击实际情况,在提升故障注入速度的同时能够使得对用户电路SEU敏感性的评估结果更加准确。对多位SEU累积故障注入技术进行了故障注入流程的优化,将故障注入的步骤进行流水化,提升故障注入的速度。(2)快速故障注入平台实现。实现了两个故障注入平台,分别用来评估SRAM型FPGA中用户电路对单位SEU的敏感性和对多位SEU累积的敏感性。故障注入平台通过布局的优化来降低故障注入平台失效率;故障注入平台具有自我修复功能,即在需要时对已注入的SEU直接进行修复,而不需要重新配置整个FPGA,故障注入平台的自我修复功能在提高了系统自动化程度的同时也提升了故障注入速度。在两个故障注入平台上分别对ISCAS85电路进行了SEU敏感性的评估,实验结果表明用户电路对SEU的敏感性与其所占资源大小有关,一般情况下,资源占用越大,其对SEU敏感性越高。同时也对用户电路的三模冗余电路进行了SEU敏感性评估,发现三模冗余技术对于抗单位SEU敏感性具有较好的效果,但对于抗多位SEU累积敏感性效果不佳。实验结果也验证了平台的正确性。(3)基于基本位技术的刷新技术研究。刷新是一种能有效提升SRAM型FPGA对SEU可靠性的技术,本文提出了一种基于基本位技术的可调节快速错误修复刷新技术。首先研究了Xilinx基本位技术,通过基本位技术来标识配置存储器中与用户电路相关的帧,然后将刷新流程分为两个子流程,一个子流程刷新与用户电路相关的帧,这个子流程在一次刷新流程中重复多次,另一个子流程刷新整个配置存储器,这个子流程在一次刷新流程中只执行一次,通过重点刷新这些与用户电路相关的帧,来缩短错误存留在用户电路中的时间,在保证FPGA整体可靠性的同时,提高用户电路对SEU的可靠性。实验结果表明,该刷新技术能够显著的提高SRAM型FPGA中用户电路对SEU的可靠性。(4)针对三模冗余电路的刷新技术研究。三模冗余技术是SRAM型FPGA一种常用有效的容错技术,但是只有三模冗余技术是不够的,通常是与刷新技术结合在一起才能保证SRAM型FPGA中用户电路对SEU的可靠性。本文提出了一种针对三模冗余电路的快速错误修复刷新技术。首先将三模冗余电路的三个冗余模块分开布局,然后对三模冗余的多数表决器进行了功能改进,使得多数表决器能够识别三个冗余模块中发生错误的模块,刷新器会对发生错误的模块优先进行刷新处理。该刷新技术按帧刷新,相比于按模块刷新的刷新技术要灵活很多,而且不需要额外的存储空间来存储原始帧数据。实验结果表明该刷新技术能够显著的提高SRAM型FPGA中三模冗余电路对SEU的可靠性。本文对SRAM型FPGA的单粒子翻转展开了研究,提出了SRAM型FPGA故障注入技术方案以及刷新技术方案,这些方案在航天应用中具有实用价值。