引言
航天技术的发展关系到国家的安全，而空间环境的复杂性和多样性影响并制约着空间技术的发展，高空中存在的高能粒子辐射会对工作的航天器、人造卫星等造成不同程度的威胁[1]。高能粒子辐射在芯片上会产生单粒子瞬态效应（Single Event Transient, SET）和单粒子翻转效应（Single Event Upset, SEU）[2]，使存储器件存入错误数据，从而引发软错误[3-4]，破坏数据的正确性，甚至会导致程序的误操作，若不及时纠正将会影响计算机系统的正常运行。时序逻辑触发器、锁存器电路以及SRAM中的Cell存储阵列电路占到辐射失效总比例的89%[5]，对于这些类型的错误通常采用三模冗余法（Triple Modular Redundancy, TMR）[6-7]或者纠错检错技术（Error Detection And Correction, EDAC）[8-9]进行加固处理。
RISC-V是一种开源精简指令集架构，因其在能效、容错能力和计算灵活性的优势，使其成为航空航天应用的理想选择，可作为下一代高性能航天技术处理器的CPU核心[10]。因此，设计出具有抗辐照特性的高性能RISC-V微结构的可行性方案，值得深入探讨。
本文基于RISC-V指令集结构，设计了一款具有抗辐照、高性能和高可靠性的C501处理器微架构。该处理器分别从电路设计层和系统结构层进行抗辐照加固设计。电路设计层主要采用TMR容错技术对触发器、锁存器等时序电路结构进行加固[5]，使之具备抵抗单粒子效应的能力，是整个抗辐照加固设计的核心。系统结构层，首先将EDAC技术融入了多级缓存系统，实现各级缓存之间的检错纠错[11]。其次，对于Tag或者Data校验出错的访存请求，通过向下级缓存取回数据块的方式来纠正校验错误的非脏数据块。对于脏数据块的校验错误，则引发中断，交由软件处理。
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作者信息：
黄强，廖述京，赖文彬，欧艳凤
（广东省新一代通信与网络创新研究院，广东 广州 510700）
