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本论文重点研究了现场可编程模拟阵列(FPAA)的体系结构和基于FPAA技术的可重构模拟处理器(RAP)的构建。本文在对已有的FPAA体系结构研究和总结的基础上,建立了FPAA的评估模型,并提出了提高FPAA品质因数的解决方案。在FPAA的技术基础上,面向现场可编程的模拟/数字混合信号处理的应用,对可重构模拟处理器进行了研究和硅片验证。随着芯片上器件特征尺寸的下降,芯片的流片成本和设计验证周期均显著增加,导致高昂的开发成本。现场可编程器件的出现,能够应用于功能验证、原型机实现以及最终产品的直接应用,可以提高芯片的流片成功率,降低设计成本,缩短上市时间,因此有着广泛的应用空间,尤其是数字领域的现场可编程器件,已经取得了长足的发展。而在模拟领域,面向现场可编程的模拟信号和模拟/数字混合信号的处理,已经涌现出的现场可编程器件包括FPAA和RAP。但由于模拟信号的特殊性,模拟的现场可编程器件仍处于结构的研究阶段,处于其基本的可重构模拟模块(CAB)的实现及互连的研究阶段,研究和开发高性能的FPAA和RAP,仍具有极大的发展空间和潜力。之前对FPAA的研究中,学术界和商业界提出了诸多FPAA体系结构。在对这止匕FPAA体系结构的研究和总结的基础上,本文将已有的FPAA体系结构按照其不同的特性分为两类:组合型CAB结构和独立型CAB结构,并在对这两类FPAA的体系结构和特色分析的基础上,建立了FPAA的评估模型和品质因数的表达式,该品质因数由各项参数的权重和乘积组合表示,可以用于不同FPAA体系结构的评估。在统一的评估模型的指导下,对已有体系结构进行分析和评估;作为提高FPAA品质因数的解决方案,提出了粗颗粒功能互补的异质CAB的结构,。本文设计并实现了三款不同的FPAA体系结构。前两款FPAA分别采用传统的细颗粒同质CAB结构和创新的粗颗粒功能互补的异质CAB结构实现,通过对两种体系结构的测试和评估,分别得到其品质因数为1135和2788,验证了粗颗粒功能互补的异质CAB结构的可行性和有效性。在此基础上进行进一步的研究,设计并实现了第三款FPAA,通过进一步优化和整合,充分发挥粗颗粒功能互补异质CAB结构的优势和潜力,其品质因数可以达到3551甚至更高。以三款FPAA为内核,分别实现了三个可重构模拟处理器的芯片,面向模拟/数字混合信号处理的应用,具有极高的可重构灵活性,可实现诸如自适应滤波器、PID控制、自动增益控制和轨到轨高精度乘除法器等复杂应用,能够达到99.5%以上的相对精度,最大功耗低于同规模FPAA商业产品的1/10。