随着商业航天的发展,美国Space X、加拿大、德国等国家发射了如Star-Link等搭载系统级加固商用处理器的卫星。因为商用卫星有小型化、抗辐射、计算能力强的需求,所以对异构集成电路电、热、力、抗辐射能力的高可靠性和计算性能都提出了新的要求。针对空间应用,本课题主要对异构处理器计算性能和高可靠性中的抗辐射能力进行考虑。通过单元库等传统加固方式加固过的处理器不超过500MHz的处理速度越来越无法满足设计需求,同时,商用卫星对芯片高可靠性的要求并没有降低,因此提供快速实现高可靠高性能GHz的CPU的加固方案是本课题研究的主要目的。对于辐射效应,美国桑迪亚国家实验室等机构联合研究表明,16nm Fin FET结构的总剂量效应已不是辐射效应的主要影响因素;单粒子闩锁效应,使用SOI或者三阱工艺已经能很好的解决。90nm以下先进制程处理器最为突出的是高密度引起的大面积单粒子翻转效应和高速处理突显的单粒子瞬态效应。随着工艺节点的缩小,单粒子效应影响的面积增大,传统的晶体管级的三模冗余易失效。系统级加固的多核处理器,由于多核间存在电源地隔离,单粒子翻转和瞬态故障不会跨核传播。因此系统级加固设计是同时解决空间应用中,大面积单粒子翻转和单粒子瞬态造成的系统故障的有效技术。本课题根据该设计思路,针对单粒子效应,提出了以高性能四核ARM A53处理器为加固对象,FPGA为辅助加固单元的软硬件结合的三模冗余加固方案。并对其实现系统级加固可行性进行分析,可知能实现独立的控制流和数据流,满足三模冗余设计需求。该方案在实现过程中,主要有四部分设计:其一,为四核处理器硬件核心的三模冗余加固设计;其二,为FPGA内带有自检自同步的协同表决电路的设计;其三,为四核处理器与FPGA的数据交互设计;其四,为针对两类处理器的故障注入设计,对系统进行验证。通过利用16nm单片内集成1.2 GHz四核ARM A53和FPGA的异构MPSoC进行新型软硬件协同三模冗余加固方案的实现和验证,可以证明运行在1.2GHz速度下的处理器的软硬件协同的三模冗余架构对单粒子效应有很好的抵抗性,同步性能达us级,额外加入的软件加固方式在工程中对系统运行时间的影响小一个数量级,属于可以接受的范围内。本课题的加固方案可以很好的满足商业卫星对芯片高可靠高性能的需求,该方式也能应用于航空电子,快速满足市场需求,为快速实现微系统产品的系统级加固提供了方案;也探讨了利用商业库的高可靠微电子的设计方法。