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空天应用中基于SRAM型现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的电子系统易因辐射诱发各种软故障和硬故障,故为保证任务的顺利完成,系统必须具有较强的容错能力。目前大部分系统容错的研究工作侧重于处理某一类故障,能同时处理软故障和硬故障的研究成果较少。本文将三模冗余(Triple Modular Redundancy,TMR)、部分配置刷新和演化硬件(Evolvable Hardware,EHW)思想相结合,设计具有在线自修复能力的单芯片强容错数字系统结构和故障修复机制,对软故障和硬故障均有较好的处理能力。本文主要研究内容如下:(1)分析了空天应用环境下SRAM型FPGA常见的故障类型,并通过分析目前FPGA常用容错技术的优缺点确定了本文的技术方案。介绍了Xilinx Virtex-6 ML605开发套件及其软件开发环境概况。(2)将动态部分重构(Dynamic Partial Reconfiguration,DPR)技术和配置刷新技术相结合,设计了基于部分配置刷新的自主修复系统,包括功能单元的预设计、片上可编程系统硬件平台搭建、系统软件设计、DPR设计、可配置刷新IP核定制。并通过实验验证了部分配置刷新技术对软故障处理的有效性。(3)设计了基于虚拟可重构电路(Virtual Reconfigurable Circuit,VRC)的自演化修复系统,包括VRC电路设计、可演化IP核定制和添加、系统硬件平台搭建、系统软件设计。并以2位乘法器为例在ML605开发套件对自演化修复系统进行了验证。(4)设计了基于SRAM型FPGA的容错系统总体结构,给出了系统的故障修复机制。设计了系统软件,包括软件整体架构、软故障的部分配置刷新修复控制、硬故障的演化修复控制。在ML605开发套件上,分别以2位乘法器和Sobel边缘检测器的设计和实现为例,通过模拟故障注入的方式,验证了系统结构和故障修复机制。其中软故障均使用配置刷新技术修复,2位乘法器和Sobel边缘检测器的硬故障分别使用门级演化和函数级演化方式修复。实验结果表明,本文系统对两类故障均具有较好的处理能力。