发射X射线偏振探测实验卫星是研究天体物理的一个重要手段,基于光电效应的微结构气体像素探测器使高灵敏度偏振探测变为可能。光电子径迹像素探测器是最常用的一种二维位置探测器,具有极低的噪声和超高的位置分辨率。然而随着像素阵列规模不断增大,像素芯片的读出电子学系统越来越复杂,已经包含了像素阵列控制、微控制器、专用数据处理单元、高速传输接口等诸多功能模块,而实验卫星对系统功耗和设备体积有一定的限制。随着半导体制造工艺和集成电路设计技术的发展,像素芯片读出电子学系统做成SOC芯片成为可能,这有利于降低系统功耗、减小卫星载荷重量。像素数据的读出方式、数据的处理算法需要针对不同的应用场景进行调整,然而微控制器的处理效率较低,专用数据处理单元和数字接口又不具备可编程性。为了提高像素芯片读出电子学系统SOC的可编程性和运行效率,本文针对像素芯片设计了一种嵌入式FPGA（eFPGA）核,名为“FLEXY”。本文的主要工作分为以下几个方面:1.采用Verilog硬件描述语言对eFPGA的可编程逻辑块、连接块、开关块、下载配置电路等基本要素进行建模,设计了一个规模大小可配置的eFPGA核。eFPGA核具有与传统FPGA相同的功能,而且由于采用与制造工艺无关的RTL级Verilog语言建模,可以方便地移植到不同的芯片制造工艺。本文采用基于ASIC的自动化数字IC设计流程对芯片进行后端版图设计,相对于传统的全定制方案,减少了版图设计工作量,缩短了开发周期。2.针对eFPGA核,基于开源FPGA布局布线工具VTR设计了一套专用的位流生成软件VTB。该软件能够完成逻辑综合、工艺映射、布局布线、位流生成等过程,可以满足eFPGA核的应用开发需求。3.在空间辐射环境中半导体器件容易产生单粒子翻转（SEU）效应,因此本文针对eFPGA核中的配置寄存器设计了 SEU辐射加固电路。该电路在传统的三模冗余电路中增加了错误检测和恢复电路,使电路能够对翻转的寄存器进行恢复,而不需要外部刷新电路的参与,增强了 eFPGA核的抗辐射性能。功能仿真和FPGA原型验证结果表明,所设计的eFPGA核和位流生成软件能够满足像素芯片的可编程需求。采用GSMC 0.13 um的工艺对eFPGA核进行了后端设计,10×10 CLB大小的eFPGA核具有800个四输入查找表和800个可编程触发器,系统工作频率达100MHz以上,版图面积为2.8×2.8 mm2。