以粒子对撞机等大型科学装置为代表的高能物理实验是当今物理学的一个重要研究课题。硅像素芯片是目前位置灵敏型探测器的研究热点。随着高能实验研究的深入,像素芯片的复杂程度随之增加。现有硅像素芯片通常采用简单的片上低精度数字化与逐行扫描式读出。新型硅像素探测器在大面积像素阵列扫描控制、在线实时数据处理、低功耗和抗辐射等方面提出新要求。随着集成电路技术的快速发展,在像素芯片中集成微处理器变得可行。微处理器拥有集成度高、功耗低、执行速度快、易编程等优势,能实现像素芯片中像素阵列智能扫描控制、内部寄存器灵活配置、在线实时数据处理等功能,能够减小数据通量、降低功耗、提高像素芯片综合性能。本论文针对像素探测器芯片的控制需求,设计了一款基于RISC-Ⅴ的像素芯片低功耗抗辐射控制模块芯片。本文主要完成以下工作:1.基于RISC-Ⅴ开源指令架构的处理器蜂鸟E203设计了一款硅像素芯片控制模块,控制模块内核采用二级流水线设计,顺序执行,兼容RV321基础指令集;并扩展了像素扫描控制自定义指令集Pixel;控制器的数据存储器和指令存储器采用工艺IP,并进行了抗辐照加固设计;采用门控时钟、电源门控等方案实现了低功耗设计,内核功耗为71.337mW,相比未加入低功耗设计节省了 43.96%;2.根据像素探测器芯片的结构,设计了像素扫描模块,该模块具有控制像素阵列扫描方式、扫描分辨率和扫描区域等功能。该控制模块具备完善的SPI、ⅡC等接口,从而合理的减少外部资源的消耗;3.基于ASIC设计流程,采用国产GSMCR013工艺完成了控制模块的后端物理实现。利用EDA工具进行逻辑综合,验证了 50MHz时钟下时序收敛,然后通过APR工具完成像素芯片控制模块的版图,最终版图通过了时序验证和物理验证。目前,该芯片已完成设计,芯片整体面积大小为2859.88μm×2854.98μm,功耗为184.1768mW,满足低功耗硅像素芯片设计要求。