近年来，在工业互联网和高端装备制造领域，以太网代替传统控制总線(xiàn)已成為(wèi)一个重要发展趋势。特别是随着802.1 TSN（时间敏感网络）标准逐渐完善，如何有(yǒu)效利用(yòng)TSN网络為(wèi)应用(yòng)提供确定性和高可(kě)靠的数据交换也逐渐成為(wèi)學(xué)术界研究的新(xīn)热点。 一、OpenTSN研制的背景和目标      当前TSN关键技术研究受限于实验环境搭建。主要原因是办公环境和实验室现有(yǒu)的以太网不支持TSN规范，而市场上采購(gòu)的TSN交换设备也难以像SDN交换机一样為(wèi)研究提供开放的编程接口。因此TSN关键技术研究只能(néng)通过软件仿真方法进行，學(xué)术界和工业界都迫切需要一个真实的、开放的、开源的TSN实验环境，為(wèi)TSN的确定性交换、可(kě)靠性保证、离線(xiàn)规划调度和应用(yòng)编程方法等机制的研究提供支撑。      OpenTSN是國(guó)防科(kē)技大學(xué)计算机學(xué)院FAST团队基于FAST架构设计的TSN集成验证环境，主要设计目标包括：      （1）基于FPGA实现支持802.1AS 、802.1Qbv，802.1Qch，802.1Qci等TSN核心功能(néng)的交换机原型；      （2）基于FPGA实现支持802.1AS 、802.1Qbv，802.1Qci等功能(néng)的TSN接口适配器，同时為(wèi)时间敏感应用(yòng)提供编程接口；      （3）基于上述FPGA交换机和适配器原型，搭建TSN实验网络；      （4）实现TSN网络CNC控制器原型，支持对TSN网络的离線(xiàn)规划和配置；      （5）实现支持802.1AS 、802.1Qci和802.1Qbv的TSN测试仪原型，支持TSN数据流、BestEffort背景流的发送、接收和性能(néng)统计；      （6）实现TSN网络遠(yuǎn)程遥测功能(néng)，可(kě)微观观测TSN网络时间同步状态，交换机内部队列状态等，為(wèi)TSN核心实现机制评估提供关键数据；      （7）实现TSN网络与IP网络的网关功能(néng)；      上述工作中，FPGA平台基于成熟的Openbox-S4平台。平台无关的软硬件代码全部开源，同时希望國(guó)内相关单位一起参与开发。 二、OpenTSN环境组成      OpenTSN环境的组成如图1所示。主要由9个Openbox-S4平台，4台Linux主机和1个网络摄像头组成。      其中6个Openbox-S4配置成4端口TSN交换机，并组成一个环形TSN网络。另外3个Openbox-S4分(fēn)别实现TSN测试仪、流量分(fēn)析器和TSN网关功能(néng)。4个Linux终端分(fēn)别运行TSN网络的CNC软件，Insight软件（TSN网络内部状态观测分(fēn)析），TSN测试仪控制软件和摄像头视频显示软件。      TSN测试仪参与TSN网络的时间同步，同时模拟三个TSN接口适配器，由测试仪控制器上的软件模拟产生TSN流量的应用(yòng)。TSN测试仪同时接收TSN流量，对TSN流量交换的延时进行分(fēn)析。      每个交换机的3号口為(wèi)TAP口，会将进出的流量打上时间戳送流量分(fēn)析器。流量分(fēn)析器对流量进行过滤处理(lǐ)后，送给TSN-Insight进行统计分(fēn)析。每个TSN交换机内嵌Beacon机制，固定时间（如每1ms）将交换机内部的各种状态（同步，队列，计数器等）发送给Insihgt软件进行分(fēn)析和显示。      基于课题组在FAST基础架构（FAST流水線(xiàn)，FAST软件驱动、FAST编程库），Openbox-S4平台（基于Zynq FPGA平台的FPGA OS），FAST-ANT测试仪（用(yòng)户可(kě)编程的网络测试仪），1588/PTP时间同步，CQF转发模型和TSN-Insight等方面的前期积累，目前OpenTSN环境的主要功能(néng)已经可(kě)以运行，实验环境如图2所示。      关于FAST开源项目體(tǐ)系结构，Openbox-S4平台，OpenTSN交换机实现原理(lǐ)和FAST-ANT测试仪等信息，可(kě)以关注“FAST开源社區(qū)”公众号通过历史文(wén)章中获取。      OpenTSN代码已经由码云（gitee）进行托管。OpenTSN代码的组织与共享方式、初步的运行测试结果等信息将在后续文(wén)章中介绍。