时间敏感网络(Time Sensitive Network,TSN)通过高精度时间同步、资源预留及路径控制、流量整形和业务调度等一系列关键技术,能够保证数据传输的实时性和可靠性,在专业音视频、自动驾驶、新一代无线通信、工业控制和航空航天等领域都有用武之地。本文针对TSN中的关键调度技术展开研究,提出一种基于FPGA(Field Programmable Gate Array)平台的TSN交换调度系统设计方案,并重点研究了Schedule模块的设计和实现。本文首先对TSN关键技术进行了介绍,并对调度技术相关的Qav协议和Qbv协议进行了详细分析,包括Qav协议中的优先级映射、CBS(Credit-Based Shaper)流量整形算法和Qbv协议中的门控调度方案等。在此基础上,给出了TSN交换调度系统的设计方案,该系统同时支持SRP(Stream Reservation Protocol)帧和gPTP(general Precision Time Protocol)帧处理、严格优先级传输选择、参数可配置的CBS流量整形和门控调度等功能,实际板级测试表明该系统完全能够实现预期功能。文中重点介绍了TSN交换机中数据帧调度模块(Schedule模块)的电路设计和基于verilog语言的FPGA原型实现。Schedule模块主要完成CBS流量整形和门控调度功能。在CBS算法中,由于带宽预留机制建立在MAC(Media Access Control)层,导致整形后业务在物理端口处占用的实际带宽无法准确计算。针对这一问题,本文结合实际应用需求对CBS算法进行了修正,并给出了修正前后带宽变化情况的理论分析。在门控调度方案中,为了节省带宽资源并严格规范传输窗口,本文对原始的门控表项进行了扩展,并设计了队列中下一帧帧长获取功能。接着本文讨论了在特定应用场景下对门控表项的进一步改进,有效减少了系统消耗的寄存器资源。最后,针对门控调度方案从外部难于测试的问题,本文在系统内部设计了专用的状态监测电路。经仿真和原型系统验证,以上各部分电路均能正常工作。