近年来,在太空和地面由辐射引起的单粒子效应而导致的事故频发,其中因单粒子效应而造成的寄存器位翻转瞬时故障对计算机系统来说危害很大。单粒子效应已经引起很多航空航天飞行器甚至地面设备出现逻辑错误、功能中断等问题。由于嵌入式系统资源有限,因此高效费比的软加固技术引起了研究者和工业界的广泛关注。此外故障注入技术因能模拟单粒子效应,便于研究单粒子效应对系统的影响及验证加固效果,也成为相关领域的研究热点。本文主要研究存储机制的加固技术和故障注入技术,研究的主要内容如下:（1）针对单粒子效应导致的寄存器软错误问题,提出了基于RVF的指令重调度寄存器软加固方法。该方法通过分析寄存器的脆弱性并结合RVF技术,设计了基于RVF的指令重调度算法。提出的方法可以自动调整指令顺序以提高系统的可靠性。对比实验结果表明,该方法能够有效降低程序的RVF值,在较小的开销下可有效的降低故障率。（2）为了对寄存器的可靠性进行评估,建立了一种基于RVF和Z语言的寄存器可靠性评估模型ZRRM。该模型基于RVF技术,使用Z语言建立了面向软错误的寄存器可靠性模型;设计了ZRRM到CTMC的转换规则,描述了状态之间的转移关系和转移概率。利用该评估模型可计算出寄存器在某一个时刻处于各个状态的概率。（3）针对现有随机故障注入方法存在故障有效率不足的问题,本文提出了基于随机森林的故障注入方法。该技术首先提取指令特征;基于随机森林建立预测模型,预生成程序的故障序列;根据预测出的故障有效性从故障序列中选取故障注入。对比实验结果表明,基于随机森林的故障注入方法能够在不牺牲故障覆盖率的情况下,大幅度提高注入故障的有效率。（4）在上述研究的基础上,本文基于LLVM和GDB,进行了二次开发;分别编码实现了面向软错误的存储机制加固和故障注入机制的核心模块,并进行了系统集成。初步实现了面向软错误的存储机制加固和故障注入系统。通过该系统可以对目标程序的指令自动进行重调度,以降低程序对寄存器软错误的敏感性;也可以通过该系统对可执行程序进行故障注入,以研究软错误对程序的影响或验证加固算法的效果。测试结果表明,该系统能够有效的对目标程序进行抗单粒子效应加固,并具有较高的注入故障有效率。