remove unused and unimplementable audio engine sample format code
[ardour.git] / libs / ardour / ardour / audio_backend.h
1 /*
2     Copyright (C) 2013 Paul Davis
3
4     This program is free software; you can redistribute it and/or modify
5     it under the terms of the GNU General Public License as published by
6     the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
7     (at your option) any later version.
8
9     This program is distributed in the hope that it will be useful,
10     but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
11     MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
12     GNU General Public License for more details.
13
14     You should have received a copy of the GNU General Public License
15     along with this program; if not, write to the Free Software
16     Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
17
18 */
19
20 #ifndef __libardour_audiobackend_h__
21 #define __libardour_audiobackend_h__
22
23 #include <string>
24 #include <vector>
25
26 #include <stdint.h>
27 #include <stdlib.h>
28
29 #include <boost/function.hpp>
30
31 #include "ardour/libardour_visibility.h"
32 #include "ardour/types.h"
33 #include "ardour/audioengine.h"
34 #include "ardour/port_engine.h"
35
36 #ifdef ARDOURBACKEND_DLL_EXPORTS // defined if we are building the ARDOUR Panners DLLs (instead of using them)
37     #define ARDOURBACKEND_API LIBARDOUR_DLL_EXPORT
38 #else
39     #define ARDOURBACKEND_API LIBARDOUR_DLL_IMPORT
40 #endif 
41 #define ARDOURBACKEND_LOCAL LIBARDOUR_DLL_LOCAL
42
43 namespace ARDOUR {
44
45 class LIBARDOUR_API AudioBackend : public PortEngine {
46   public:
47
48     AudioBackend (AudioEngine& e) : PortEngine (e), engine (e) {}
49     virtual ~AudioBackend () {}
50
51     /** Return the name of this backend.
52      *
53      * Should use a well-known, unique term. Expected examples
54      * might include "JACK", "CoreAudio", "ASIO" etc.
55      */
56     virtual std::string name() const = 0;
57
58     /** Return true if the callback from the underlying mechanism/API
59      * (CoreAudio, JACK, ASIO etc.) occurs in a thread subject to realtime
60      * constraints. Return false otherwise.
61     */
62     virtual bool is_realtime () const = 0;
63
64     /* Discovering devices and parameters */
65
66     /** Return true if this backend requires the selection of a "driver"
67      * before any device can be selected. Return false otherwise.
68      *
69      * Intended mainly to differentiate between meta-APIs like JACK
70      * which can still expose different backends (such as ALSA or CoreAudio 
71      * or FFADO or netjack) and those like ASIO or CoreAudio which
72      * do not.
73      */
74     virtual bool requires_driver_selection() const { return false; }
75
76     /** If the return value of requires_driver_selection() is true,
77      * then this function can return the list of known driver names.
78      *
79      * If the return value of requires_driver_selection() is false,
80      * then this function should not be called. If it is called
81      * its return value is an empty vector of strings.
82      */
83     virtual std::vector<std::string> enumerate_drivers() const { return std::vector<std::string>(); }
84
85     /** Returns zero if the backend can successfully use @param name as the
86      * driver, non-zero otherwise.
87      *
88      * Should not be used unless the backend returns true from
89      * requires_driver_selection()
90      */
91     virtual int set_driver (const std::string& /*drivername*/) { return 0; }
92
93     /** used to list device names along with whether or not they are currently
94      *  available. 
95     */
96     struct DeviceStatus {
97         std::string name;
98         bool        available;
99
100         DeviceStatus (const std::string& s, bool avail) : name (s), available (avail) {}
101     };
102
103     /** Returns a collection of DeviceStatuses identifying devices discovered
104      * by this backend since the start of the process.
105      *
106      * Any of the names in each DeviceStatus may be used to identify a
107      * device in other calls to the backend, though any of them may become
108      * invalid at any time.
109      */
110     virtual std::vector<DeviceStatus> enumerate_devices () const = 0;
111
112     /** Returns a collection of float identifying sample rates that are
113      * potentially usable with the hardware identified by @param device.
114      * Any of these values may be supplied in other calls to this backend
115      * as the desired sample rate to use with the name device, but the
116      * requested sample rate may turn out to be unavailable, or become invalid
117      * at any time.
118      */
119     virtual std::vector<float> available_sample_rates (const std::string& device) const = 0;
120
121     /* Returns the default sample rate that will be shown to the user when
122      * configuration options are first presented. If the derived class
123      * needs or wants to override this, it can. It also MUST override this
124      * if there is any chance that an SR of 44.1kHz is not in the list
125      * returned by available_sample_rates()
126      */
127     virtual float default_sample_rate () const {
128             return 44100.0;
129     }
130
131     /** Returns a collection of uint32 identifying buffer sizes that are
132      * potentially usable with the hardware identified by @param device.
133      * Any of these values may be supplied in other calls to this backend
134      * as the desired buffer size to use with the name device, but the
135      * requested buffer size may turn out to be unavailable, or become invalid
136      * at any time.
137      */
138     virtual std::vector<uint32_t> available_buffer_sizes (const std::string& device) const = 0;
139
140     /* Returns the default buffer size that will be shown to the user when
141      * configuration options are first presented. If the derived class
142      * needs or wants to override this, it can. It also MUST override this
143      * if there is any chance that a buffer size of 1024 is not in the list
144      * returned by available_buffer_sizes()
145      */
146     virtual uint32_t default_buffer_size () const {
147             return 1024;
148     }
149
150     /** Returns the maximum number of input channels that are potentially
151      * usable with the hardware identified by @param device.  Any number from 1
152      * to the value returned may be supplied in other calls to this backend as
153      * the input channel count to use with the name device, but the requested
154      * count may turn out to be unavailable, or become invalid at any time.
155      */
156     virtual uint32_t available_input_channel_count (const std::string& device) const = 0;
157
158     /** Returns the maximum number of output channels that are potentially
159      * usable with the hardware identified by @param device.  Any number from 1
160      * to the value returned may be supplied in other calls to this backend as
161      * the output channel count to use with the name device, but the requested
162      * count may turn out to be unavailable, or become invalid at any time.
163      */
164     virtual uint32_t available_output_channel_count (const std::string& device) const = 0;
165
166     /* Return true if the derived class can change the sample rate of the
167      * device in use while the device is already being used. Return false
168      * otherwise. (example: JACK cannot do this as of September 2013)
169      */
170     virtual bool can_change_sample_rate_when_running () const = 0;
171     /* Return true if the derived class can change the buffer size of the
172      * device in use while the device is already being used. Return false
173      * otherwise. 
174      */
175     virtual bool can_change_buffer_size_when_running () const = 0;
176
177     /* Set the hardware parameters.
178      * 
179      * If called when the current state is stopped or paused,
180      * the changes will not take effect until the state changes to running.
181      *
182      * If called while running, the state will change as fast as the
183      * implementation allows.
184      *
185      * All set_*() methods return zero on success, non-zero otherwise.
186      */
187
188     /** Set the name of the device to be used
189      */
190     virtual int set_device_name (const std::string&) = 0;
191     /** Set the sample rate to be used
192      */
193     virtual int set_sample_rate (float) = 0;
194     /** Set the buffer size to be used.
195      *
196      * The device is assumed to use a double buffering scheme, so that one
197      * buffer's worth of data can be processed by hardware while software works
198      * on the other buffer. All known suitable audio APIs support this model
199      * (though ALSA allows for alternate numbers of buffers, and CoreAudio
200      * doesn't directly expose the concept).
201      */
202     virtual int set_buffer_size (uint32_t) = 0;
203     /** Set the preferred underlying hardware data layout.
204      * If @param yn is true, then the hardware will interleave
205      * samples for successive channels; otherwise, the hardware will store
206      * samples for a single channel contiguously.
207      * 
208      * Setting this does not change the fact that all data streams
209      * to and from Ports are mono (essentially, non-interleaved)
210      */
211     virtual int set_interleaved (bool yn) = 0;
212     /** Set the number of input channels that should be used
213      */
214     virtual int set_input_channels (uint32_t) = 0;
215     /** Set the number of output channels that should be used
216      */
217     virtual int set_output_channels (uint32_t) = 0;
218     /** Set the (additional) input latency that cannot be determined via 
219      * the implementation's underlying code (e.g. latency from
220      * external D-A/D-A converters. Units are samples.
221      */
222     virtual int set_systemic_input_latency (uint32_t) = 0;
223     /** Set the (additional) output latency that cannot be determined via 
224      * the implementation's underlying code (e.g. latency from
225      * external D-A/D-A converters. Units are samples.
226      */
227     virtual int set_systemic_output_latency (uint32_t) = 0;
228
229     /* Retrieving parameters */
230
231     virtual std::string  device_name () const = 0;
232     virtual float        sample_rate () const = 0;
233     virtual uint32_t     buffer_size () const = 0;
234     virtual bool         interleaved () const = 0;
235     virtual uint32_t     input_channels () const = 0;
236     virtual uint32_t     output_channels () const = 0;
237     virtual uint32_t     systemic_input_latency () const = 0;
238     virtual uint32_t     systemic_output_latency () const = 0;
239
240     /** override this if this implementation returns true from
241      * requires_driver_selection()
242      */
243     virtual std::string  driver_name() const { return std::string(); }
244
245     /** Return the name of a control application for the 
246      * selected/in-use device. If no such application exists,
247      * or if no device has been selected or is in-use,
248      * return an empty string.
249      */
250     virtual std::string control_app_name() const = 0;
251     /** Launch the control app for the currently in-use or
252      * selected device. May do nothing if the control
253      * app is undefined or cannot be launched.
254      */
255     virtual void launch_control_app () = 0;
256
257     /* @return a vector of strings that describe the available
258      * MIDI options. 
259      *
260      * These can be presented to the user to decide which
261      * MIDI drivers, options etc. can be used. The returned strings
262      * should be thought of as the key to a map of possible
263      * approaches to handling MIDI within the backend. Ensure that
264      * the strings will make sense to the user.
265      */
266     virtual std::vector<std::string> enumerate_midi_options () const = 0;
267
268     /* Request the use of the MIDI option named @param option, which
269      * should be one of the strings returned by enumerate_midi_options()
270      *
271      * @return zero if successful, non-zero otherwise
272      */
273     virtual int set_midi_option (const std::string& option) = 0;
274
275     virtual std::string midi_option () const = 0;
276     
277     /* State Control */
278  
279     /** Start using the device named in the most recent call
280      * to set_device(), with the parameters set by various
281      * the most recent calls to set_sample_rate() etc. etc.
282      * 
283      * At some undetermined time after this function is successfully called,
284      * the backend will start calling the ::process_callback() method of
285      * the AudioEngine referenced by @param engine. These calls will
286      * occur in a thread created by and/or under the control of the backend.
287      *
288      * @param for_latency_measurement if true, the device is being started
289      *        to carry out latency measurements and the backend should this
290      *        take care to return latency numbers that do not reflect
291      *        any existing systemic latency settings.
292      *
293      * Return zero if successful, negative values otherwise.
294      *
295      *
296      *
297      *
298      * Why is this non-virtual but ::_start() is virtual ?
299      * Virtual methods with default parameters create possible ambiguity
300      * because a derived class may implement the same method with a different
301      * type or value of default parameter.
302      *
303      * So we make this non-virtual method to avoid possible overrides of
304      * default parameters. See Scott Meyers or other books on C++ to understand
305      * this pattern, or possibly just this:
306      *
307      * http://stackoverflow.com/questions/12139786/good-pratice-default-arguments-for-pure-virtual-method
308      */ 
309     int start (bool for_latency_measurement=false) {
310             return _start (for_latency_measurement);
311     }
312
313     /** Stop using the device currently in use. 
314      *
315      * If the function is successfully called, no subsequent calls to the
316      * process_callback() of @param engine will be made after the function
317      * returns, until parameters are reset and start() are called again.
318      * 
319      * The backend is considered to be un-configured after a successful
320      * return, and requires calls to set hardware parameters before it can be
321      * start()-ed again. See pause() for a way to avoid this. stop() should
322      * only be used when reconfiguration is required OR when there are no 
323      * plans to use the backend in the future with a reconfiguration.
324      *
325      * Return zero if successful, 1 if the device is not in use, negative values on error
326      */
327     virtual int stop () = 0;
328
329     /** While remaining connected to the device, and without changing its
330      * configuration, start (or stop) calling the process_callback() of @param engine
331      * without waiting for the device. Once process_callback() has returned, it
332      * will be called again immediately, thus allowing for faster-than-realtime
333      * processing.
334      *
335      * All registered ports remain in existence and all connections remain
336      * unaltered. However, any physical ports should NOT be used by the
337      * process_callback() during freewheeling - the data behaviour is undefined.
338      *
339      * If @param start_stop is true, begin this behaviour; otherwise cease this
340      * behaviour if it currently occuring, and return to calling
341      * process_callback() of @param engine by waiting for the device.
342      *
343      * Return zero on success, non-zero otherwise.
344      */
345     virtual int freewheel (bool start_stop) = 0;
346
347     /** return the fraction of the time represented by the current buffer
348      * size that is being used for each buffer process cycle, as a value
349      * from 0.0 to 1.0
350      *
351      * E.g. if the buffer size represents 5msec and current processing
352      * takes 1msec, the returned value should be 0.2. 
353      * 
354      * Implementations can feel free to smooth the values returned over
355      * time (e.g. high pass filtering, or its equivalent).
356      */
357     virtual float dsp_load() const  = 0;
358
359     /* Transport Control (JACK is the only audio API that currently offers
360        the concept of shared transport control)
361     */
362     
363     /** Attempt to change the transport state to TransportRolling. 
364      */
365     virtual void transport_start () {}
366     /** Attempt to change the transport state to TransportStopped. 
367      */
368     virtual void transport_stop () {}
369     /** return the current transport state
370      */
371     virtual TransportState transport_state () const { return TransportStopped; }
372     /** Attempt to locate the transport to @param pos
373      */
374     virtual void transport_locate (framepos_t /*pos*/) {}
375     /** Return the current transport location, in samples measured
376      * from the origin (defined by the transport time master)
377      */
378     virtual framepos_t transport_frame() const { return 0; }
379
380     /** If @param yn is true, become the time master for any inter-application transport
381      * timebase, otherwise cease to be the time master for the same.
382      *
383      * Return zero on success, non-zero otherwise
384      * 
385      * JACK is the only currently known audio API with the concept of a shared
386      * transport timebase.
387      */
388     virtual int set_time_master (bool /*yn*/) { return 0; }
389
390     virtual int        usecs_per_cycle () const { return 1000000 * (buffer_size() / sample_rate()); }
391     virtual size_t     raw_buffer_size (DataType t) = 0;
392     
393     /* Process time */
394     
395     /** return the time according to the sample clock in use, measured in
396      * samples since an arbitrary zero time in the past. The value should
397      * increase monotonically and linearly, without interruption from any
398      * source (including CPU frequency scaling).
399      *
400      * It is extremely likely that any implementation will use a DLL, since
401      * this function can be called from any thread, at any time, and must be 
402      * able to accurately determine the correct sample time.
403      *
404      * Can be called from any thread.
405      */
406     virtual pframes_t sample_time () = 0;
407
408     /** Return the time according to the sample clock in use when the most
409      * recent buffer process cycle began. Can be called from any thread.
410      */
411     virtual pframes_t sample_time_at_cycle_start () = 0;
412
413     /** Return the time since the current buffer process cycle started,
414      * in samples, according to the sample clock in use.
415      * 
416      * Can ONLY be called from within a process() callback tree (which
417      * implies that it can only be called by a process thread)
418      */
419     virtual pframes_t samples_since_cycle_start () = 0;
420
421     /** Return true if it possible to determine the offset in samples of the
422      * first video frame that starts within the current buffer process cycle,
423      * measured from the first sample of the cycle. If returning true,
424      * set @param offset to that offset.
425      *
426      * Eg. if it can be determined that the first video frame within the cycle
427      * starts 28 samples after the first sample of the cycle, then this method
428      * should return true and set @param offset to 28.
429      *
430      * May be impossible to support outside of JACK, which has specific support
431      * (in some cases, hardware support) for this feature.
432      *
433      * Can ONLY be called from within a process() callback tree (which implies
434      * that it can only be called by a process thread)
435      */
436     virtual bool get_sync_offset (pframes_t& /*offset*/) const { return false; }
437
438     /** Create a new thread suitable for running part of the buffer process
439      * cycle (i.e. Realtime scheduling, memory allocation, etc. etc are all
440      * correctly setup), with a stack size given in bytes by specified @param
441      * stacksize. The thread will begin executing @param func, and will exit
442      * when that function returns.
443      */
444     virtual int create_process_thread (boost::function<void()> func) = 0;
445
446     /** Wait for all processing threads to exit.
447      * 
448      * Return zero on success, non-zero on failure.
449      */
450     virtual int join_process_threads () = 0;
451
452     /** Return true if execution context is in a backend thread
453      */
454     virtual bool in_process_thread () = 0;
455
456     /** Return the minimum stack size of audio threads in bytes
457      */
458     static size_t thread_stack_size () { return 100000; }
459
460     /** Return number of processing threads
461      */
462     virtual uint32_t process_thread_count () = 0;
463
464     virtual void update_latencies () = 0;
465
466     /** Set @param speed and @param position to the current speed and position
467      * indicated by some transport sync signal.  Return whether the current
468      * transport state is pending, or finalized.
469      *
470      * Derived classes only need implement this if they provide some way to
471      * sync to a transport sync signal (e.g. Sony 9 Pin) that is not
472      * handled by Ardour itself (LTC and MTC are both handled by Ardour).
473      * The canonical example is JACK Transport.
474      */
475      virtual bool speed_and_position (double& speed, framepos_t& position) {
476              speed = 0.0;
477              position = 0;
478              return false;
479      }
480
481   protected:
482     AudioEngine&          engine;
483
484     virtual int _start (bool for_latency_measurement) = 0;
485 };
486
487 struct LIBARDOUR_API AudioBackendInfo {
488     const char* name;
489
490     /** Using arg1 and arg2, initialize this audiobackend.
491      * 
492      * Returns zero on success, non-zero otherwise.
493      */
494     int (*instantiate) (const std::string& arg1, const std::string& arg2);
495
496     /** Release all resources associated with this audiobackend
497      */
498     int (*deinstantiate) (void);
499
500     /** Factory method to create an AudioBackend-derived class.
501      * 
502      * Returns a valid shared_ptr to the object if successfull,
503      * or a "null" shared_ptr otherwise.
504      */
505     boost::shared_ptr<AudioBackend> (*factory) (AudioEngine&);
506
507     /** Return true if the underlying mechanism/API has been
508      * configured and does not need (re)configuration in order
509      * to be usable. Return false otherwise.
510      *
511      * Note that this may return true if (re)configuration, even though
512      * not currently required, is still possible.
513      */
514     bool (*already_configured)();
515 };
516
517 } // namespace
518
519 #endif /* __libardour_audiobackend_h__ */
520