FPGA是一种可以通过编程来实现各种数字电路的集成电路器件,具有灵活、低成本、低风险、时间短等优势。传统的基于SRAM编程点技术的FPGA在掉电后数据会丢失,而基于反熔断丝技术和FLASH编程点技术的FPGA虽然是非易失性的,但它们可编程的次数有限且制作工艺复杂,不管基于何种编程点技术的FPGA在突然断电的情况下计算中的数据都会丢失,因此本论文利用新型存储器忆阻器来研究FPGA的非易失问题。忆阻器被称为第四种基本电路元件,它具有非易失性以及高速、低功耗、与CMOS工艺兼容性好等优点。忆阻器的带阈值特性是一个非常重要的特性,只有当它两端的电压超过自身阈值电压时阻值状态才会发生改变,将带阈值忆阻器应用于FPGA中,对于下一代非易失FPGA的研究应用具有重要的意义。本论文首先对现有的多个忆阻器SPICE模型进行调研,选取符合后续设计要求的双极性阈值行为模型在HSPICE中进行仿真验证。利用选取的忆阻器模型,先设计了FPGA最核心的编程点电路,它采用一种同向串联的结构,在断电后只需一步即可恢复原来的数据。在新型非易失编程点电路的基础上设计了一个新型查找表电路,再设计了基于忆阻器的非易失锁存器、D触发器和多路选择器,它们是在原来的电路结构上增加了一个忆阻器掉电恢复模块,最后设计了基于非易失编程点电路的互联矩阵电路,使用HSPICE将所设计的电路进行仿真,将仿真结果和理论结果进行比较,验证基于忆阻器的各个新型电路的正确性。上述工作使得FPGA在断电之后可以快速恢复原来配置的程序以及可编程逻辑单元间的互联情况,使得FPGA中配置程序非易失确保了程序运算的连续性。最后充分利用忆阻器可以计算的能力,设计了一个四位数字比较器,采用了忆阻器并联的结构并加入了相应的权重电阻,通过比较每个忆阻器块的总阻值大小进而确定每个数值的大小。