集成电路设计与制造工艺的飞速发展使得特征尺寸越来越小,尤其是进入纳米级工艺之后,电路的阈值电压进一步降低,集成的晶体管数目持续增长,软错误率急剧上升。而缓存系统是宇航应用中的重要组成部分,存储着大量的数据,如果不加以保护,容易受到辐射的影响产生错误。Cache系统对速度、面积和功耗的要求很高,因此在较小的开销下对Cache系统进行有效地保护是非常有意义的。对于Cache系统,针对Cache的不同工作模式,论文设计了对应的加固方法。对于写直达模式,采用交错奇偶校验的方法应对多位翻转的问题。对于写回模式,错误检查与纠正加固方法常用,但是编译码器的延迟对于高速要求的Cache来说,性能开销比较大。论文提出了冗余备份的加固策略,通过增加备份Cache(Replication Cache,RCache),脏的cacheline备份到RCache中,并且使用延迟开销小的奇偶校验进行数据检错。当检测到错误时,发出强制不命中的信号,对于不脏的cacheline,从底层内存中获取数据,而对于脏的Cacheline,从RCache中获取数据。基于OR1200处理器平台,论文分别验证了交错奇偶校验、汉明码加固和本文设计的冗余备份三种不同加固方法的可行性,并对加固的效果进行了验证。结果表明各种加固方法均能达到预期的加固效果。另外,论文通过使用Simple Scalar模拟器和Cacti模拟器,评估不同的加固方法的功耗、面积以及性能方面的开销。仿真结果显示,冗余备份的加固策略对性能的影响较小,因为冗余备份加固方法只有在处理脏的Cacheline和数据出错时才会引入额外的时钟周期,其余情况并没有引入额外的时钟周期。奇偶校验与汉明码纠错方法会引入延迟开销,增加时钟周期,另外,奇偶校验方法只能检错,不能纠错,应用范围受限;汉明码能纠错,但是纠错能力小,并且会引入较大延迟开销;而与奇偶校验和汉明码纠错方法相比,冗余备份的方法有延时开销小,且能检错纠错的优势。为了适用于对性能、功耗和面积敏感的系统,本文进一步对冗余备份的加固策略进行了优化,提出了部分备份的加固策略。仿真结果表明,部分备份的加固策略可以提升性能并降低功耗。