以太网技术已经广泛应用于各种有线网络场景,但是传统以太网采取的“尽力而为”服务方式,不能保证数据流对低时延、低抖动等实时性服务质量(Qo S)的要求,因此限制了传统以太网技术应用于高可靠性和高实时性需求的网络场景,例如轨道交通、航天航空、工业控制等领域。时间敏感网络(TSN)以全局统一的同步时钟网络为基础,在网络中预留部分带宽建立高实时要求的数据高速通道,从而在保留传统以太网的普及性、灵活性和成熟性的同时,增添了确定性、容错性,因而能将以太网技术拓展应用于高确定性需求的控制场景。TSN技术由一系列标准组成,该系列标准定义了TSN中时间同步、高可靠性保证、有界低时延、专用资源和API管理等核心技术。其中,有界低时延技术保证了在复杂的异构网络中,关键控制帧的传输时延极低且有界,确保了系统的稳定。有界低时延技术主要应用于交换网络中MAC网桥设备,通过信用流量整形、帧抢占、流量调度、循环队列转发、异步整形等具体技术实现。本文主要研究基于帧抢占和循环队列转发等有界低时延技术的具体应用。论文首先介绍了TSN的相关背景知识;其次,基于IEEE802.3br标准和IEEE802.1Qbu标准,对帧抢占技术进行了详细的描述;第三,详细阐述了支持帧抢占机制的MAC IP核设计与实现;第四,基于IEEE802.1Qch标准详细描述了循环队列转发机制,设计实现了支持循环队列转发功能的队列管理调度模块。最后,通过搭建仿真测试平台和板级测试验证平台,对MAC IP核和队列管理调度模块进行测试与验证,测试结果表明支持帧抢占机制的MAC IP核及支持循环队列转发的队列管理调度模块设计正确,性能稳定,达到预期设计目标。本文的创新点在于,第一,设计了一种支持帧抢占技术的MAC IP核;第二,设计了一种支持循环队列转发功能的队列管理调度模块;第三,搭建多种验证平台,验证的MAC IP核和队列管理调度模块的功能正确性。