本文主要围绕适用于星载计算机的宇航高可靠微处理器的设计和实现展开。空间辐射环境是宇航高可靠微处理器在设计时需要特别考虑的因素。本文研究了符合SPARC V8标准的Leon3微处理器体系结构,并在其基础上就单粒子翻转效应(SEU)对微处理器进行容错保护设计,使微处理器能避免一定量级的SEU错误。在modelsim模拟器中进行故障注入来验证容错设计的正确性,并构建FPGA平台来评估容错设计代价以及兼容性。论文的研究成果包括以下几点:一.对空间辐射环境进行了初步的研究和分析,总结了对处理器行为有重大影响的几种辐射效应。在Leon 3架构基础上针对SEU的影响,提出了高可靠处理器容错体系结构设计策略。二.结合Leon 3现有的流水线实现技术,讨论了寄存器文件的容错机制,提出多种设计策略。综合考虑性能和代价之后,实现了基于汉明码的高可靠、低代价的寄存器文件容错设计。三.根据Cache系统的情况,提出了基于循环码校验的数据重载策略,实现了用循环码来检测Cache中的错误并通过数据重载更新错误数据的高可靠Cache控制器。四.通过体系结构容错设计,在消耗资源不多的情况下,使微处理器的故障率从0.46错误/设备-天降低到4.7788E-9错误/设备-天。