随着芯片制造工艺的进步以及芯片制造行业对摩尔定律的恪守，芯片尺寸已经进入纳米级的标准了，但是，芯片工作电压并没有因此而同比减小，从而导致了工作电流密度和工作温度的升高。这使处理器在引发瞬时故障外，更易引发间歇故障，加大了对处理器的威胁。基于仿真的故障注入具有良好的可观察性和可控性，但是传统的仿真方法只能在硬件层面观察故障行为，对故障的向上层传播以及在应用级的表现的观察无能为力。软硬件联合仿真的方法克服了这一局限，成为集成电路设计中的主流验证方法。本文研究了联合仿真验证环境，基于OpenSPARC开源项目的两个模拟器，搭建了联合仿真的故障注入和故障分析平台，实现了在寄存器传输级模拟器中注入故障，并在微结构级、结构级、处理器级以及应用程序级上观察故障的表现与传播，对处理器的可靠性提供量化评价指标。本文首先分析了在OpenSPARC联合仿真验证环境中的寄存器传输级模拟器和结构级模拟器，研究了联合仿真环境下模拟器的交互方式，并在此基础上完成了可以运行操作系统的联合仿真环境的搭建，制定了应用层交互协议，并且设计了处理器访存和trap等事件的捕获机制。本文设计了联合仿真环境下的故障注入系统，包括故障注入器、追踪文件收集器和统计分析器。根据故障模型对目标系统进行的故障注入实验，对实验数据进行了统计。分析了各个故障模型下部件和模块的敏感度，发现了处理器中的故障敏感性瓶颈，研究了故障从底层向应用层的传播特性，并对容错机制的设计提出了建议。