中文引用格式： 黃強(qiáng)，廖述京，賴(lài)文彬，等. 高性能RISC-V處理器抗輻照加固設(shè)計(jì)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)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(shù)的發(fā)展關(guān)系到國(guó)家的安全，而空間環(huán)境的復(fù)雜性和多樣性影響并制約著空間技術(shù)的發(fā)展，高空中存在的高能粒子輻射會(huì)對(duì)工作的航天器、人造衛(wèi)星等造成不同程度的威脅[1]。高能粒子輻射在芯片上會(huì)產(chǎn)生單粒子瞬態(tài)效應(yīng)（Single Event Transient, SET）和單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)（Single Event Upset, SEU）[2]，使存儲(chǔ)器件存入錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，從而引發(fā)軟錯(cuò)誤[3-4]，破壞數(shù)據(jù)的正確性，甚至?xí)?dǎo)致程序的誤操作，若不及時(shí)糾正將會(huì)影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。時(shí)序邏輯觸發(fā)器、鎖存器電路以及SRAM中的Cell存儲(chǔ)陣列電路占到輻射失效總比例的89%[5]，對(duì)于這些類(lèi)型的錯(cuò)誤通常采用三模冗余法（Triple Modular Redundancy, TMR）[6-7]或者糾錯(cuò)檢錯(cuò)技術(shù)（Error Detection And Correction, EDAC）[8-9]進(jìn)行加固處理。
RISC-V是一種開(kāi)源精簡(jiǎn)指令集架構(gòu)，因其在能效、容錯(cuò)能力和計(jì)算靈活性的優(yōu)勢(shì)，使其成為航空航天應(yīng)用的理想選擇，可作為下一代高性能航天技術(shù)處理器的CPU核心[10]。因此，設(shè)計(jì)出具有抗輻照特性的高性能RISC-V微結(jié)構(gòu)的可行性方案，值得深入探討。
本文基于RISC-V指令集結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一款具有抗輻照、高性能和高可靠性的C501處理器微架構(gòu)。該處理器分別從電路設(shè)計(jì)層和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層進(jìn)行抗輻照加固設(shè)計(jì)。電路設(shè)計(jì)層主要采用TMR容錯(cuò)技術(shù)對(duì)觸發(fā)器、鎖存器等時(shí)序電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固[5]，使之具備抵抗單粒子效應(yīng)的能力，是整個(gè)抗輻照加固設(shè)計(jì)的核心。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層，首先將EDAC技術(shù)融入了多級(jí)緩存系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各級(jí)緩存之間的檢錯(cuò)糾錯(cuò)[11]。其次，對(duì)于Tag或者Data校驗(yàn)出錯(cuò)的訪(fǎng)存請(qǐng)求，通過(guò)向下級(jí)緩存取回?cái)?shù)據(jù)塊的方式來(lái)糾正校驗(yàn)錯(cuò)誤的非臟數(shù)據(jù)塊。對(duì)于臟數(shù)據(jù)塊的校驗(yàn)錯(cuò)誤，則引發(fā)中斷，交由軟件處理。
本文詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)下載：
http://www.shi-ke.cn/resource/share/2000006638
作者信息：
黃強(qiáng)，廖述京，賴(lài)文彬，歐艷鳳
（廣東省新一代通信與網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究院，廣東 廣州 510700）
