中文引用格式： 黃強，廖述京，賴文彬，等. 高性能RISC-V處理器抗輻照加固設計[J]. 電子技術應用，2025，51(8)：108-113.
英文引用格式： Huang Qiang，Liao Shujing，Lai Wenbin，et al. Design of radiation hardened based on the high performance RISC-V processor[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(8)：108-113.
引言
航天技術的發展關系到國家的安全，而空間環境的復雜性和多樣性影響并制約著空間技術的發展，高空中存在的高能粒子輻射會對工作的航天器、人造衛星等造成不同程度的威脅[1]。高能粒子輻射在芯片上會產生單粒子瞬態效應（Single Event Transient, SET）和單粒子翻轉效應（Single Event Upset, SEU）[2]，使存儲器件存入錯誤數據，從而引發軟錯誤[3-4]，破壞數據的正確性，甚至會導致程序的誤操作，若不及時糾正將會影響計算機系統的正常運行。時序邏輯觸發器、鎖存器電路以及SRAM中的Cell存儲陣列電路占到輻射失效總比例的89%[5]，對于這些類型的錯誤通常采用三模冗余法（Triple Modular Redundancy, TMR）[6-7]或者糾錯檢錯技術（Error Detection And Correction, EDAC）[8-9]進行加固處理。
RISC-V是一種開源精簡指令集架構，因其在能效、容錯能力和計算靈活性的優勢，使其成為航空航天應用的理想選擇，可作為下一代高性能航天技術處理器的CPU核心[10]。因此，設計出具有抗輻照特性的高性能RISC-V微結構的可行性方案，值得深入探討。
本文基于RISC-V指令集結構，設計了一款具有抗輻照、高性能和高可靠性的C501處理器微架構。該處理器分別從電路設計層和系統結構層進行抗輻照加固設計。電路設計層主要采用TMR容錯技術對觸發器、鎖存器等時序電路結構進行加固[5]，使之具備抵抗單粒子效應的能力，是整個抗輻照加固設計的核心。系統結構層，首先將EDAC技術融入了多級緩存系統，實現各級緩存之間的檢錯糾錯[11]。其次，對于Tag或者Data校驗出錯的訪存請求，通過向下級緩存取回數據塊的方式來糾正校驗錯誤的非臟數據塊。對于臟數據塊的校驗錯誤，則引發中斷，交由軟件處理。
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作者信息：
黃強，廖述京，賴文彬，歐艷鳳
（廣東省新一代通信與網絡創新研究院，廣東 廣州 510700）
