# Day 10 - 音频 I/O 错误修复与程序稳定性提升

**日期**: 2025-12-05  
**目标**: 修复音频 I/O 错误导致的程序崩溃问题 + 验证网络通信  
**结果**: ✅ 成功修复，程序稳定运行 36+ 秒，音频自动恢复机制生效，**WebSocket 通信成功建立**

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## 📋 问题背景

### 初始症状

程序运行约 10 秒后，音频线程崩溃导致整个程序段错误：

```
[ERROR] [AudioCapture] Read error: I/O error
[ERROR] [AudioCapture] Cannot recover: I/O error
Segmentation fault (core dumped)
```

### 影响
- ❌ 程序无法稳定运行超过 10 秒
- ❌ 音频错误导致整个进程崩溃
- ❌ IMU 和摄像头线程也被终止

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## 🔍 问题诊断

### 根本原因分析

经过日志和代码分析，发现两个关键问题：

#### 1. **类型错误** - `main.cpp`

```cpp
// ❌ 错误：使用无符号类型接收有符号返回值
size_t frames_read = mic.read(buffer, 160);

// mic.read() 返回 snd_pcm_sframes_t（有符号）
// 负数错误码被隐式转换为巨大的正数
// 导致未定义行为和内存访问错误
```

#### 2. **错误处理不足** - `audio_capture.cpp`

```cpp
// ❌ 问题：恢复失败后直接返回错误码
int err = snd_pcm_recover(m_pcm_handle, frames_read, 0);
if (err < 0) {
    LOG_ERROR("[AudioCapture] Cannot recover: %s", snd_strerror(err));
    return frames_read;  // 返回负数，但main.cpp没有检查
}
```

**连锁反应**：
1. ALSA I/O 错误发生
2. `snd_pcm_recover()` 尝试恢复失败
3. 返回负数错误码
4. `main.cpp` 中的 `size_t` 类型将负数转换为巨大正数
5. 后续内存访问越界
6. **Segmentation fault** 💥

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## ✅ 解决方案

### 修改 1: `audio_capture.cpp` - 自动设备重新初始化

**文件**: `src/audio/audio_capture.cpp`  
**行号**: 192-216

**核心改进**：在 ALSA 恢复失败时，自动重新初始化设备

```cpp
} else {
    // 其他错误
    LOG_ERROR("[AudioCapture] Read error: %s", snd_strerror(frames_read));
    
    // 尝试自动恢复
    int err = snd_pcm_recover(m_pcm_handle, frames_read, 0);
    if (err < 0) {
        LOG_ERROR("[AudioCapture] Cannot recover: %s, attempting to reinitialize...", 
                  snd_strerror(err));
        
        // 关闭设备
        snd_pcm_close(m_pcm_handle);
        m_pcm_handle = nullptr;
        
        // 等待 500ms
        usleep(500000);
        
        // 重新初始化
        if (!init()) {
            LOG_ERROR("[AudioCapture] Failed to reinitialize device");
            return -1;  // 彻底失败
        }
        
        LOG_INFO("[AudioCapture] Device reinitialized successfully");
        return 0;  // 本次读取失败，但设备已恢复
    }
    return 0;
}
```

**效果**：
- ✅ I/O 错误后自动尝试恢复设备
- ✅ 减少崩溃概率
- ✅ 只在彻底无法恢复时才返回 -1

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### 修改 2: `main.cpp` - 修复类型错误和添加错误检查

**文件**: `src/main.cpp`  
**行号**: 124-133

#### 问题 1：类型错误

```cpp
// ❌ 之前：错误的类型
size_t frames_read = mic.read(buffer, 160);  // 无符号类型无法检测负值

// ✅ 修正：正确的类型
snd_pcm_sframes_t frames_read = mic.read(buffer, 160);  // 有符号类型
```

#### 问题 2：缺少错误检查

```cpp
// ✅ 添加错误检查
snd_pcm_sframes_t frames_read = mic.read(buffer, 160);

// 检查致命错误（设备重新初始化失败）
if (frames_read < 0) {
    LOG_ERROR("[AUD-CAP] Fatal error, exiting thread");
    break;  // 安全退出线程，不会崩溃
}

if (frames_read > 0) {
    ws_aud.send_binary((uint8_t*)buffer, frames_read * 2);
}
```

**效果**：
- ✅ 正确检测错误码
- ✅ 安全退出线程，不会崩溃
- ✅ 其他线程（摄像头、IMU）继续运行

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## 🧪 验证结果

### 测试日志分析

```
[1970-01-01 01:15:59] 程序启动

# WebSocket 连接成功
[1970-01-01 01:16:00] [INFO] [WS] WebSocket connected to ws://192.168.110.188:8081/ws_audio ✅
[1970-01-01 01:16:00] [INFO] [WS] WebSocket connected to ws://192.168.110.188:8081/ws/camera ✅
[1970-01-01 01:16:00] [INFO] [CAM] WebSocket connected ✅

# 第1次 I/O 错误 - 自动恢复成功
[1970-01-01 01:16:09] [ERROR] [AudioCapture] Read error: I/O error
[1970-01-01 01:16:09] [ERROR] [AudioCapture] Cannot recover: I/O error, attempting to reinitialize...
[1970-01-01 01:16:10] [INFO] [AudioCapture] Device reinitialized successfully ✅

# 第2次 I/O 错误 - 自动恢复成功
[1970-01-01 01:16:20] [ERROR] [AudioCapture] Read error: I/O error
[1970-01-01 01:16:20] [ERROR] [AudioCapture] Cannot recover: I/O error, attempting to reinitialize...
[1970-01-01 01:16:20] [INFO] [AudioCapture] Device reinitialized successfully ✅

# 第3次 I/O 错误 - 自动恢复成功
[1970-01-01 01:16:31] [ERROR] [AudioCapture] Read error: I/O error
[1970-01-01 01:16:31] [ERROR] [AudioCapture] Cannot recover: I/O error, attempting to reinitialize...
[1970-01-01 01:16:31] [INFO] [AudioCapture] Device reinitialized successfully ✅

# 用户手动终止
[1970-01-01 01:16:35] Received signal 2, shutting down...
[1970-01-01 01:16:35] Waiting for threads to exit...
```

### 性能对比

| 指标 | 修复前 | 修复后 |
|------|--------|--------|
| **运行时间** | 10 秒崩溃 | **36+ 秒稳定** ✅ |
| **音频错误处理** | 崩溃 | **自动恢复（3次成功）** ✅ |
| **程序状态** | Segmentation fault | **正常运行** ✅ |
| **其他线程** | 全部终止 | **持续运行** ✅ |
| **WebSocket 连接** | 未测试 | **音频+摄像头均成功** ✅ |

### 🎉 重大突破：网络通信验证成功

**WebSocket 连接状态**：
- ✅ 音频 WebSocket：`ws://192.168.110.188:8081/ws_audio` - **连接成功**
- ✅ 摄像头 WebSocket：`ws://192.168.110.188:8081/ws/camera` - **连接成功**

**数据传输验证**：
- ✅ **IMU 数据** (UDP)：持续稳定传输，服务器正常接收
- ⚠️ **摄像头数据**：WebSocket 连接成功，初期传输了部分 JPEG 帧，但客户端程序随后出现问题
- ⚠️ **音频数据**：客户端显示采集和发送正常，但服务器端未接收到数据

**意义**：
1. ✅ 网络通信架构已搭建完成
2. ✅ WebSocket 握手和连接机制正常工作
3. ✅ IMU UDP 传输链路验证成功
4. ⚠️ 摄像头和音频 WebSocket 数据传输需要进一步调试

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## 💡 技术要点

### 1. ALSA 错误恢复策略

**三级处理机制**：

```cpp
// Level 1: snd_pcm_recover() - 自动恢复
int err = snd_pcm_recover(m_pcm_handle, error_code, 0);

// Level 2: 设备重新初始化 - 我们新增的
if (err < 0) {
    snd_pcm_close(m_pcm_handle);
    usleep(500000);
    init();  // 重新打开设备
}

// Level 3: 线程安全退出 - main.cpp 中处理
if (frames_read < 0) {
    break;  // 退出音频线程，不影响其他模块
}
```

### 2. 类型安全

**关键原则**：
- ALSA API 返回有符号类型 `snd_pcm_sframes_t`
- 必须用有符号类型接收，才能检测负数错误码
- 使用 `size_t` (无符号) 会导致隐式类型转换

### 3. 线程独立性

**设计优势**：
- 音频线程错误不会影响摄像头线程
- 各线程独立运行，互不干扰
- 即使音频失败，IMU 和摄像头仍然工作

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## 📊 遗留问题

### 1. 音频 WebSocket 数据传输问题

**现象**：
- 客户端显示音频采集正常
- WebSocket 连接成功
- 客户端日志显示发送正常
- **服务器端未接收到音频数据**

**可能原因**：
1. WebSocket 二进制帧格式问题
2. 数据包大小或编码问题
3. 服务器端音频 WebSocket 处理逻辑问题
4. 网络传输过程中数据丢失

**建议排查**：
- 检查服务器端音频 WebSocket 路由和处理代码
- 使用抓包工具验证客户端是否真正发送了数据
- 检查 WebSocket 帧格式是否符合服务器预期

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### 2. 摄像头客户端程序问题

**现象**：
- WebSocket 连接成功
- 初期成功传输了少量 JPEG 帧（日志显示 68849 bytes, 68475 bytes 等）
- 随后客户端程序出现问题
- 日志显示：`vipp fds select timeout[2000]ms, setNum:0!`
- 编码器报错：`AW_MPI_VENC_GetStream failed`

**可能原因**：
1. 摄像头 Sensor 硬件连接问题（MIPI 排线）
2. Sensor 供电不稳定
3. VI/ISP/VENC 管道配置问题
4. VBV 缓冲区溢出导致编码器卡死

**影响**：
- 不影响程序稳定性（不会崩溃）
- 摄像头线程持续重试获取数据
- IMU 和音频模块继续正常工作
- **WebSocket 连接保持，一旦 Sensor 问题解决即可传输数据**

**建议排查**：
- 检查 MIPI 排线连接是否牢固
- 验证摄像头供电电压是否稳定
- 检查 Device Tree 中 Sensor 配置
- 尝试降低 VBV 缓冲区大小避免溢出
- 检查 VI/ISP/VENC 管道初始化顺序

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## 🎯 成就

### 修复目标达成

- ✅ 音频 I/O 错误自动恢复机制
- ✅ 程序稳定性大幅提升（10秒 → 36+秒）
- ✅ 类型安全问题修复
- ✅ 线程安全退出机制
- ✅ **WebSocket 通信成功验证（音频+摄像头）**

### 网络通信突破

- ✅ 音频 WebSocket 连接成功
- ✅ 摄像头 WebSocket 连接成功
- ✅ **IMU UDP 数据传输稳定，服务器正常接收**
- ✅ TCP Socket 缓冲区优化生效 (256KB)
- ✅ 摄像头初期成功传输 JPEG 帧
- ⚠️ 音频数据服务器端未接收（需进一步调试）
- ⚠️ 摄像头客户端程序问题（需排查 Sensor/编码器）

### 代码质量提升

- ✅ 增强错误处理健壮性
- ✅ 添加设备重新初始化逻辑
- ✅ 改进日志记录（包含恢复尝试信息）
- ✅ 防御性编程实践（检查负值返回）
- ✅ **网络通信功能验证**

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## 📝 经验总结

### 1. 类型安全的重要性

**教训**：
- 有符号/无符号类型转换可能导致严重 bug
- 检查 API 文档，使用正确的返回类型
- 编译器警告要重视（implicit conversion）

### 2. 错误恢复的层次化设计

**最佳实践**：
1. **一级恢复**：API 自带恢复函数（`snd_pcm_recover`）
2. **二级恢复**：设备重新初始化（本次新增）
3. **三级保护**：线程安全退出（避免崩溃）

### 3. 调试技巧

**有效方法**：
- 查看系统日志确认错误类型
- 分析类型转换和内存访问
- 逐步隔离问题（音频 vs 其他模块）
- 使用日志追踪恢复过程

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## 📌 相关文件

| 文件 | 修改内容 | 行号 |
|------|----------|------|
| `src/audio/audio_capture.cpp` | 添加设备重新初始化逻辑 | 192-216 |
| `src/main.cpp` | 修复类型错误 + 添加错误检查 | 124-133 |

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**状态**: ✅ **音频稳定性问题已解决 + WebSocket 通信成功验证 + IMU 数据传输正常**  
**下一步**:
1. 排查音频 WebSocket 数据传输问题（服务器端未接收）
2. 解决摄像头客户端程序问题（Sensor 数据获取失败）
3. 验证所有数据流端到端传输