信号发生器脚本中如何处理错误?

在信号发生器控制脚本中，错误处理是确保系统稳定性和可维护性的关键环节。以下是针对信号发生器脚本的错误处理机制设计，涵盖异常捕获、日志记录、重试机制、设备状态检查等核心方法，并提供Python和C++的代码示例。

一、错误处理的核心场景

1. 设备通信失败（如网络断开、USB连接异常）
2. 参数越界（如频率/幅度超出设备支持范围）
3. 命令执行超时（如设备无响应）
4. 资源冲突（如多个线程同时访问设备）
5. 意外状态（如设备锁相失败、过热保护）

二、Python中的错误处理实现

1. 基础异常捕获

python
import time
from your_signal_generator_lib import SignalGenerator, DeviceError

def safe_configure_channel(sg, channel, freq, amp):
try:
sg.set_frequency(channel, freq)
sg.set_amplitude(channel, amp)
except DeviceError as e:
print(f"Channel {channel}配置失败: {str(e)}")
# 可选：记录日志或触发报警
except ValueError as e:
print(f"参数错误 (Channel {channel}): {str(e)}")
except Exception as e:
print(f"未知错误 (Channel {channel}): {str(e)}")
raise  # 重新抛出异常或处理

# 使用示例
sg = SignalGenerator("192.168.1.100")
try:
safe_configure_channel(sg, 1, 10e6, -5)  # 正常配置
safe_configure_channel(sg, 2, 1e9, 0)   # 可能触发参数越界
except Exception as e:
print(f"脚本终止: {str(e)}")

2. 超时与重试机制

python
import time
from threading import Lock

def configure_with_retry(sg, channel, freq, amp, max_retries=3, timeout=5):
lock = Lock()  # 避免多线程竞争
for attempt in range(max_retries):
try:
with lock:
sg.set_frequency(channel, freq, timeout=timeout)
sg.set_amplitude(channel, amp, timeout=timeout)
return True  # 成功则退出
except DeviceError as e:
print(f"Attempt {attempt + 1} failed: {str(e)}")
time.sleep(1)  # 等待后重试
except TimeoutError:
print("设备响应超时，重置连接...")
sg.reconnect()  # 假设有重连方法
return False  # 所有重试失败

# 使用示例
if not configure_with_retry(sg, 1, 5e6, -10):
print("配置失败，执行备用方案...")

3. 日志记录与告警

python
import logging

# 配置日志
logging.basicConfig(
filename="signal_generator.log",
level=logging.ERROR,
format="%(asctime)s - %(levelname)s - %(message)s"
)

def log_and_raise(error_msg):
logging.error(error_msg)
raise RuntimeError(error_msg)

try:
sg.set_frequency(1, 1e10)  # 故意触发错误
except ValueError as e:
log_and_raise(f"严重参数错误: {str(e)}")

三、C++中的错误处理实现

1. 异常与错误码结合

cpp
#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <mutex>
#include "signal_generator.h"

std::mutex sg_mutex;

void safeConfigureChannel(SignalGenerator& sg, int channel, double freq, double amp) {
try {
std::lock_guard<std::mutex> lock(sg_mutex);
if (freq > sg.getMaxFrequency()) {
throw std::out_of_range("Frequency exceeds device limit");
}
sg.setFrequency(channel, freq);
sg.setAmplitude(channel, amp);
} catch (const std::exception& e) {
std::cerr << "Error (Channel " << channel << "): " << e.what() << std::endl;
// 可选：记录到文件或触发回调
}
}

// 使用示例
int main() {
SignalGenerator sg("192.168.1.100");
try {
safeConfigureChannel(sg, 1, 1e6, -10);
safeConfigureChannel(sg, 2, 1e10, 0);  // 触发异常
} catch (...) {
std::cerr << "Unhandled exception in main" << std::endl;
}
return 0;
}

2. 重试与状态检查

cpp
#include <chrono>
#include <thread>

bool configureWithRetry(SignalGenerator& sg, int channel, double freq, double amp, int maxRetries = 3) {
for (int i = 0; i < maxRetries; ++i) {
try {
std::lock_guard<std::mutex> lock(sg_mutex);
if (!sg.isConnected()) {
sg.reconnect();  // 尝试重连
}
sg.setFrequency(channel, freq);
sg.setAmplitude(channel, amp);
return true;
} catch (const std::exception& e) {
std::cerr << "Attempt " << i + 1 << " failed: " << e.what() << std::endl;
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
}
}
return false;
}

四、高级错误处理策略

1. 设备状态监控与自动恢复

python
def monitor_and_recover(sg, check_interval=60):
while True:
try:
status = sg.get_status()
if "ERROR" in status:
print("检测到设备错误，尝试恢复...")
sg.reset()
time.sleep(10)  # 等待设备重启
except Exception as e:
print(f"监控线程异常: {str(e)}")
time.sleep(check_interval)

# 在后台启动监控线程
import threading
threading.Thread(target=monitor_and_recover, args=(sg,), daemon=True).start()

2. 上下文管理器（Python）

python
from contextlib import contextmanager

@contextmanager
def signal_generator_session(sg):
try:
yield sg
except DeviceError as e:
print(f"操作失败: {str(e)}")
sg.disconnect()
raise
finally:
sg.disconnect()  # 确保资源释放

# 使用示例
with signal_generator_session(SignalGenerator("192.168.1.100")) as sg:
sg.set_frequency(1, 1e6)

五、关键注意事项

1. 线程安全：
   • 多线程环境下，所有设备操作必须通过锁或队列同步。
2. 异常类型：
   • 区分可恢复错误（如临时通信中断）和不可恢复错误（如参数越界）。
3. 日志重要性：
   • 记录完整的错误上下文（时间、参数、设备状态）以便排查。
4. 资源清理：
   • 使用try/finally或上下文管理器确保设备连接释放。

六、总结

• Python：利用try/except、日志模块和上下文管理器实现健壮性。
• C++：结合异常、错误码和RAII模式管理资源。
• 通用策略：
  1. 捕获所有预期异常（如设备超时、参数错误）。
  2. 对关键操作实现重试机制。
  3. 通过日志和监控持续跟踪设备状态。
  4. 设计故障恢复流程（如自动重连、回退默认值）。

通过完善的错误处理，信号发生器脚本可以从偶发故障中自动恢复，显著提升自动化测试或生产环境的可靠性。