NXP 推出 OpenIL 作为用于工业领域的 Linux 发行版，OpenIL 新增的部分中

含有：支持实时的操作系统的扩展和支持工业厂房中自动化 OEM 的 Time-Sensitive

网络。OpenIL 作为开放型的工业 Linux 系统最大的优势便是将实时计算在网络中

的障碍清除了，OEM 厂商借标准的、社区的发行版 OpenIL 将逐步跨入工业 4.0

时代。

4.1 TSN 交换机软件的基本设计思想

在本文中支持 TSN 系统的交换机软件选用的是开放式工业 Linux 系统

(OpenIL)，因为 TSN 的特性就是实时性强，而 OpenIL 是针对用于工业领域的开发

的专业 Linux 版本，扩展了实时的操作系统并且支持工业厂房中自动化 OEM 的

Time-Sensitive 网络（包括流过滤监管、分时拥塞感知整形和 802.1AS 时间同步等）。

软件系统的总体框图如图 4-1 所示。

OpenIL 不仅拥有网络协议栈、用于配置管理的 Web 服务、脚本工具等一些 IT

的基础架构软件，还有一般来说可作为 Linux 发行版中一部分的实用的系统程序，

除此之外还包含如下工业领域的软件特性：

（1）对 Unix 的 Xenomai 实时扩展，简化实时操作系统(RTOS)移植(如 VxWorks

pSOS) 。

（2）可扩展标记语言(XML)和基于 NETCONF 的 TSN 网络配置实用程序。

（3）支持通用精确时间协议(gPTP)的 linuxptp 守护程序。

（4）支持边缘计算服务。

（5）安全性的 SeLinux 。

采用 OpenIL 不仅可以实现交换机的 TSN 特性，在未来工业互联网大平台

中还可以将该交换机作为 TSN END POINT 使用，连接 TSN 整网**[26]**。 OpenIL 系

统的目录结构如图 4-2，第二层和第三层是为编译产生的。

OpenIL 在通用 Linux 的基础上提供 OT 所需的可确定性、可管理性、工业网

络和安全性。Xenomai cobalt 是一种实时框架，将传统 RTOS 应用程序移植到

OpenIL 上，扩展单 linux 内核成双内核（实时 kernel 和原生态 linux kernel [27]）。

这样只需要部署一种 IEEE 标准以太网网络，就既能传输 OT 系统中对实时性要求

较高的控制流量，又能传输 IT 系统中尽力而为的普通以太网流量。在本次研究中，

主要工作集中在 Xenomai colbat 双内核在 OpenIL 中的实现。

图 4-3 是 OpenIL 系统中双内核的架构，TSN API 是给有实时要求的应用所调

用，通过实时 Xenomai cobalt 核对 TSN switch 进行配置，

kernel 中同时支持 gPTP 协

议（precious time protocol）来同步时间。用户态空间支持通用的 ethernet App，同

时也支持 TSN 相关的 App，这样只需要一个系统就同时满足 IT 和 OT 的需求，简

化网络的部署和管理。

4.3 TSN 交换机软件的功能模块

4.4 TSN 交换机软件功能

TSN 的软件功能由三大块共同实现。分别为用户态的 tsn api 接口，嵌入在

kernel 中的 tsn 配置接口，以及 switchdev 驱动。图 4-8 为软件层面的调用关系。

用户态的 TSN API 以共享库的形式（

libtsn.so）分布，对开发者提供统一的接

口。Api 接口均是以 tsn_xx_set, 或 tsn_xx_get 的形式，其中 xx 代表功能缩写。比

如 qbv 功能设置接口：tsn_qbv_set, tsn_qbv_get。

实现原理是通过 Netlink 套接字与内核的 TSN api 模块进行通信。这是 Linux

通用的一种用户进程与内核进程通信的方式，所以不再赘述。我们同时提供 tsntool

可执行文件进行交互的配置方式，tsntool 就是使用 libtsn.so 实现的。

内核态的 TSN API 作为 kernel 的 Buildin 编译到内核中，在 menuconfig 中配

置是否编译此 TSN 功能接口。这个模块主要提供 tsn_port_register(port, optfunc,

enable)接口供 switchdev 驱动调用。接口的配置函数最终由回调函数 optfunc 实现。

另一方面，内核态 TSN API 接收 netlink socket 消息（来自用户态 TSN ），解

析后通过 optfunc 函数进行配置，并返回结果给用户。