近年(nián)來，在工(gōng)業(yè)互聯網和高(gāo)端裝備制造領域，以太網代替傳統控制總線已成為(wèi)一(yī)個(gè)重要發展趨勢。特别是随著(zhe)802.1 TSN（時間敏感網絡）标準逐漸完善，如何有效利用TSN網絡為(wèi)應用提供确定性和高(gāo)可靠的數據交換也逐漸成為(wèi)學術(shù)界研究的新熱點。 一(yī)、OpenTSN研制的背景和目标      當前TSN關鍵技(jì)術(shù)研究受限于實驗環境搭建。主要原因是辦公環境和實驗室現有的以太網不支持TSN規範，而市(shì)場上(shàng)采購的TSN交換設備也難以像SDN交換機(jī)一(yī)樣為(wèi)研究提供開(kāi)放(fàng)的編程接口。因此TSN關鍵技(jì)術(shù)研究隻能(néng)通(tōng)過軟件(jiàn)仿真方法進行，學術(shù)界和工(gōng)業(yè)界都迫切需要一(yī)個(gè)真實的、開(kāi)放(fàng)的、開(kāi)源的TSN實驗環境，為(wèi)TSN的确定性交換、可靠性保證、離線規劃調度和應用編程方法等機(jī)制的研究提供支撐。      OpenTSN是國(guó)防科技(jì)大學計算(suàn)機(jī)學院FAST團隊基于FAST架構設計的TSN集成驗證環境，主要設計目标包括：      （1）基于FPGA實現支持802.1AS 、802.1Qbv，802.1Qch，802.1Qci等TSN核心功能(néng)的交換機(jī)原型；      （2）基于FPGA實現支持802.1AS 、802.1Qbv，802.1Qci等功能(néng)的TSN接口适配器(qì)，同時為(wèi)時間敏感應用提供編程接口；      （3）基于上(shàng)述FPGA交換機(jī)和适配器(qì)原型，搭建TSN實驗網絡；      （4）實現TSN網絡CNC控制器(qì)原型，支持對TSN網絡的離線規劃和配置；      （5）實現支持802.1AS 、802.1Qci和802.1Qbv的TSN測試儀原型，支持TSN數據流、BestEffort背景流的發送、接收和性能(néng)統計；      （6）實現TSN網絡遠(yuǎn)程遙測功能(néng)，可微觀觀測TSN網絡時間同步狀态，交換機(jī)内部隊列狀态等，為(wèi)TSN核心實現機(jī)制評估提供關鍵數據；      （7）實現TSN網絡與IP網絡的網關功能(néng)；      上(shàng)述工(gōng)作中，FPGA平台基于成熟的Openbox-S4平台。平台無關的軟硬件(jiàn)代碼全部開(kāi)源，同時希望國(guó)内相(xiàng)關單位一(yī)起參與開(kāi)發。 二、OpenTSN環境組成      OpenTSN環境的組成如圖1所示。主要由9個(gè)Openbox-S4平台，4台Linux主機(jī)和1個(gè)網絡攝像頭組成。      其中6個(gè)Openbox-S4配置成4端口TSN交換機(jī)，并組成一(yī)個(gè)環形TSN網絡。另外3個(gè)Openbox-S4分别實現TSN測試儀、流量分析器(qì)和TSN網關功能(néng)。4個(gè)Linux終端分别運行TSN網絡的CNC軟件(jiàn)，Insight軟件(jiàn)（TSN網絡内部狀态觀測分析），TSN測試儀控制軟件(jiàn)和攝像頭視頻顯示軟件(jiàn)。      TSN測試儀參與TSN網絡的時間同步，同時模拟三個(gè)TSN接口适配器(qì)，由測試儀控制器(qì)上(shàng)的軟件(jiàn)模拟産生(shēng)TSN流量的應用。TSN測試儀同時接收TSN流量，對TSN流量交換的延時進行分析。      每個(gè)交換機(jī)的3号口為(wèi)TAP口，會(huì)将進出的流量打上(shàng)時間戳送流量分析器(qì)。流量分析器(qì)對流量進行過濾處理後，送給TSN-Insight進行統計分析。每個(gè)TSN交換機(jī)内嵌Beacon機(jī)制，固定時間（如每1ms）将交換機(jī)内部的各種狀态（同步，隊列，計數器(qì)等）發送給Insihgt軟件(jiàn)進行分析和顯示。      基于課題組在FAST基礎架構（FAST流水(shuǐ)線，FAST軟件(jiàn)驅動、FAST編程庫），Openbox-S4平台（基于Zynq FPGA平台的FPGA OS），FAST-ANT測試儀（用戶可編程的網絡測試儀），1588/PTP時間同步，CQF轉發模型和TSN-Insight等方面的前期積累，目前OpenTSN環境的主要功能(néng)已經可以運行，實驗環境如圖2所示。      關于FAST開(kāi)源項目體系結構，Openbox-S4平台，OpenTSN交換機(jī)實現原理和FAST-ANT測試儀等信息，可以關注“FAST開(kāi)源社區”公衆号通(tōng)過曆史文章中獲取。      OpenTSN代碼已經由碼雲（gitee）進行托管。OpenTSN代碼的組織與共享方式、初步的運行測試結果等信息将在後續文章中介紹。