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线已成为一个重要发展趋势。特别是随着802.1 TSN（时间敏感网络）标准逐渐完善，如何有效利用TSN网络为应用提供确定性和高可靠的数据交换也逐渐成为学术界研究的新热点。 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的以太网不支持TSN规范，而市场上采购的TSN交换设备也难以像SDN交换机一样为研究提供开放的编程接口。因此TSN关键技术研究只能通过软件仿真方法进行，学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，为TSN的确定性交换、可靠性保证、离线规划调度和应用编程方法等机制的研究提供支撑。      OpenTSN是国防科技大学计算机学院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核心功能的交换机原型；      （2）基于FPGA实现支持802.1AS 、802.1Qbv，802.1Qci等功能的TSN接口适配器，同时为时间敏感应用提供编程接口；      （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网络的离线规划和配置；      （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、接收和性能统计；      （6）实现TSN网络远程遥测功能，可微观观测TSN网络时间同步状态，交换机内部队列状态等，为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；      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，同时希望国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分别实现TSN测试仪、流量分析器和TSN网关功能。4个Linux终端分别运行TSN网络的CNC软件，Insight软件（TSN网络内部状态观测分析），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。TSN测试仪同时接收TSN流量，对TSN流量交换的延时进行分析。      每个交换机的3号口为TAP口，会将进出的流量打上时间戳送流量分析器。流量分析器对流量进行过滤处理后，送给TSN-Insight进行统计分析。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软件进行分析和显示。      基于课题组在FAST基础架构（FAST流水线，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（用户可编程的网络测试仪），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环境的主要功能已经可以运行，实验环境如图2所示。      关于FAST开源项目体系结构，Openbox-S4平台，OpenTSN交换机实现原理和FAST-ANT测试仪等信息，可以关注“FAST开源社区”公众号通过历史文章中获取。      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章中介绍。