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自从三十多年前，人们发现工作在空间环境中的集成电路受到宇宙射线影响之后，辐射环境对集成电路的影响一直是一个研究的重点。随着研究的更加深入，人们发现不仅仅在空间环境中，航空应用甚至是地面应用的集成电路也不同程度的受到宇宙射线和高能粒子的影响。
宇宙射线和高能粒子对集成电路的影响无疑是多方面的，其中一个重要的作用就是单粒子效应。单粒子效应(Single Event Effect， SEE)其实是包括高能粒子对集成电路可能造成的多种效应的一个总称。典型的单粒子效应包括：单粒子闩锁效应(Single Event Latch-Up，SELU)、单粒子栅穿效应(Single EventGate Rupture，SEGR)、单粒子烧毁效应(Single Event Burn Out，SEBO)、单粒子快速反向效应(Single Event Snapback，SES)、单粒子瞬变效应(Single Event Transient，SET)和单粒子翻转效应(Single Event Upset，SEU)等。其中前四种因其破坏性和不可恢复性，又称为硬错误(Hard Error)；后两种不会对集成电路造成永久伤害，又称为软错误。
随着集成电路技术的不断进步和生产工艺的不断提高，集成电路的集成密度越来越高，性能越来越强，使得以微处理器为核心的电子系统在人类社会中所占的地位越来越高。随着集成电路特征尺寸的不断缩小，不仅仅是工作在特殊环境下的微处理器，工作在地面普通环境下的民用微处理器也容易受高能粒子辐射的影响，其可靠性受到挑战。在可以预见的将来，集成电路技术的进步必然会受到单粒子效应的影响，而且会越来越显著。
从上面的论述我们看到，有必要在微处理器设计的开始阶段就考虑高能粒子对集成电路可能产生的影响，在设计层面进行抗单粒子效应的加固处理。本文在实现了一款兼容ARM v4T指令集的微处理器的基础之上，对其中一些关键模块做了抗单粒子效应的研究，在其中根据设计的具体情况采用了一些传统的加固方法，并有一定的创新。
首先，论文介绍了一款32位RISC嵌入式微处理器的设计、验证、实现和测试工作。该微处理器参考ARM7TDMI微处理器进行设计，设计目标是与参考微处理器达到指令的周期级兼容。该处理器用HJTC0.18μm工艺实现，最大工作频率为62.5MHz。经过测试，芯片可以在48MHz稳定工作，静态功耗为197uA。各条指令执行正确，所有中断响应正确，达到了设计的目标。
其次，论文介绍了宇宙射线及高能粒子对集成电路所产生的影响。其中，重点介绍了单粒子瞬变效应和单粒子翻转效应，以及针对这两种效应最常见的加固方法，并对其进行了比较，指出了各种方法适合使用的条件。
接下来，论文介绍了一种针对单粒子翻转效应所设计的一种新型的SRAM单元，以及基于这种单元设计的寄存器堆，作为第二章所设计的微处理器中的一个功能部件。经过脉冲激光的模拟单粒子效应测试，该寄存器堆在激光能量达到165nJ时未发生单粒子翻转效应。
然后，论文对微处理器的另外一个重要部件的抗单粒子效应加固进行了研究。在汉明码和复制码的基础上，设计了一款抗单粒子瞬变效应的ALU单元。该单元中的加法器具有自动修正发生在进位逻辑上的多位单粒子瞬变效应和发生在求和逻辑上的一位单粒子瞬变效应的能力。
最后，在综合以上研究的基础上，设计了一款对关键模块进行了抗单粒子效应加围的微处理器，并通过仿真对加固的效果进行了估计。