change "cpu" in cpu load backend functions
[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 #include "ardour/visibility.h"
36
37 #ifdef ARDOURBACKEND_DLL_EXPORTS // defined if we are building the ARDOUR Panners DLLs (instead of using them)
38     #define ARDOURBACKEND_API LIBARDOUR_HELPER_DLL_EXPORT
39 #else
40     #define ARDOURBACKEND_API LIBARDOUR_HELPER_DLL_IMPORT
41 #endif 
42 #define ARDOURBACKEND_LOCAL LIBARDOUR_HELPER_DLL_LOCAL
43
44 namespace ARDOUR {
45
46 class LIBARDOUR_API AudioBackend : public PortEngine {
47   public:
48
49     AudioBackend (AudioEngine& e) : PortEngine (e), engine (e) {}
50     virtual ~AudioBackend () {}
51
52     /** Return the name of this backend.
53      *
54      * Should use a well-known, unique term. Expected examples
55      * might include "JACK", "CoreAudio", "ASIO" etc.
56      */
57     virtual std::string name() const = 0;
58
59     /** Return true if the callback from the underlying mechanism/API
60      * (CoreAudio, JACK, ASIO etc.) occurs in a thread subject to realtime
61      * constraints. Return false otherwise.
62     */
63     virtual bool is_realtime () const = 0;
64
65     /* Discovering devices and parameters */
66
67     /** Return true if this backend requires the selection of a "driver"
68      * before any device can be selected. Return false otherwise.
69      *
70      * Intended mainly to differentiate between meta-APIs like JACK
71      * which can still expose different backends (such as ALSA or CoreAudio 
72      * or FFADO or netjack) and those like ASIO or CoreAudio which
73      * do not.
74      */
75     virtual bool requires_driver_selection() const { return false; }
76
77     /** If the return value of requires_driver_selection() is true,
78      * then this function can return the list of known driver names.
79      *
80      * If the return value of requires_driver_selection() is false,
81      * then this function should not be called. If it is called
82      * its return value is an empty vector of strings.
83      */
84     virtual std::vector<std::string> enumerate_drivers() const { return std::vector<std::string>(); }
85
86     /** Returns zero if the backend can successfully use @param name as the
87      * driver, non-zero otherwise.
88      *
89      * Should not be used unless the backend returns true from
90      * requires_driver_selection()
91      */
92     virtual int set_driver (const std::string& /*drivername*/) { return 0; }
93
94     /** used to list device names along with whether or not they are currently
95      *  available. 
96     */
97     struct DeviceStatus {
98         std::string name;
99         bool        available;
100
101         DeviceStatus (const std::string& s, bool avail) : name (s), available (avail) {}
102     };
103
104     /** Returns a collection of DeviceStatuses identifying devices discovered
105      * by this backend since the start of the process.
106      *
107      * Any of the names in each DeviceStatus may be used to identify a
108      * device in other calls to the backend, though any of them may become
109      * invalid at any time.
110      */
111     virtual std::vector<DeviceStatus> enumerate_devices () const = 0;
112
113     /** Returns a collection of float identifying sample rates that are
114      * potentially usable with the hardware identified by @param device.
115      * Any of these values may be supplied in other calls to this backend
116      * as the desired sample rate to use with the name device, but the
117      * requested sample rate may turn out to be unavailable, or become invalid
118      * at any time.
119      */
120     virtual std::vector<float> available_sample_rates (const std::string& device) const = 0;
121
122     /* Returns the default sample rate that will be shown to the user when
123      * configuration options are first presented. If the derived class
124      * needs or wants to override this, it can. It also MUST override this
125      * if there is any chance that an SR of 44.1kHz is not in the list
126      * returned by available_sample_rates()
127      */
128     virtual float default_sample_rate () const {
129             return 44100.0;
130     }
131
132     /** Returns a collection of uint32 identifying buffer sizes that are
133      * potentially usable with the hardware identified by @param device.
134      * Any of these values may be supplied in other calls to this backend
135      * as the desired buffer size to use with the name device, but the
136      * requested buffer size may turn out to be unavailable, or become invalid
137      * at any time.
138      */
139     virtual std::vector<uint32_t> available_buffer_sizes (const std::string& device) const = 0;
140
141     /* Returns the default buffer size that will be shown to the user when
142      * configuration options are first presented. If the derived class
143      * needs or wants to override this, it can. It also MUST override this
144      * if there is any chance that a buffer size of 1024 is not in the list
145      * returned by available_buffer_sizes()
146      */
147     virtual uint32_t default_buffer_size () const {
148             return 1024;
149     }
150
151     /** Returns the maximum number of input channels that are potentially
152      * usable with the hardware identified by @param device.  Any number from 1
153      * to the value returned may be supplied in other calls to this backend as
154      * the input channel count to use with the name device, but the requested
155      * count may turn out to be unavailable, or become invalid at any time.
156      */
157     virtual uint32_t available_input_channel_count (const std::string& device) const = 0;
158
159     /** Returns the maximum number of output channels that are potentially
160      * usable with the hardware identified by @param device.  Any number from 1
161      * to the value returned may be supplied in other calls to this backend as
162      * the output channel count to use with the name device, but the requested
163      * count may turn out to be unavailable, or become invalid at any time.
164      */
165     virtual uint32_t available_output_channel_count (const std::string& device) const = 0;
166
167     /* Return true if the derived class can change the sample rate of the
168      * device in use while the device is already being used. Return false
169      * otherwise. (example: JACK cannot do this as of September 2013)
170      */
171     virtual bool can_change_sample_rate_when_running () const = 0;
172     /* Return true if the derived class can change the buffer size of the
173      * device in use while the device is already being used. Return false
174      * otherwise. 
175      */
176     virtual bool can_change_buffer_size_when_running () const = 0;
177
178     /* Set the hardware parameters.
179      * 
180      * If called when the current state is stopped or paused,
181      * the changes will not take effect until the state changes to running.
182      *
183      * If called while running, the state will change as fast as the
184      * implementation allows.
185      *
186      * All set_*() methods return zero on success, non-zero otherwise.
187      */
188
189     /** Set the name of the device to be used
190      */
191     virtual int set_device_name (const std::string&) = 0;
192     /** Set the sample rate to be used
193      */
194     virtual int set_sample_rate (float) = 0;
195     /** Set the buffer size to be used.
196      *
197      * The device is assumed to use a double buffering scheme, so that one
198      * buffer's worth of data can be processed by hardware while software works
199      * on the other buffer. All known suitable audio APIs support this model
200      * (though ALSA allows for alternate numbers of buffers, and CoreAudio
201      * doesn't directly expose the concept).
202      */
203     virtual int set_buffer_size (uint32_t) = 0;
204     /** Set the preferred underlying hardware sample format
205      *
206      * This does not change the sample format (32 bit float) read and
207      * written to the device via the Port API.
208      */
209     virtual int set_sample_format (SampleFormat) = 0;
210     /** Set the preferred underlying hardware data layout.
211      * If @param yn is true, then the hardware will interleave
212      * samples for successive channels; otherwise, the hardware will store
213      * samples for a single channel contiguously.
214      * 
215      * Setting this does not change the fact that all data streams
216      * to and from Ports are mono (essentially, non-interleaved)
217      */
218     virtual int set_interleaved (bool yn) = 0;
219     /** Set the number of input channels that should be used
220      */
221     virtual int set_input_channels (uint32_t) = 0;
222     /** Set the number of output channels that should be used
223      */
224     virtual int set_output_channels (uint32_t) = 0;
225     /** Set the (additional) input latency that cannot be determined via 
226      * the implementation's underlying code (e.g. latency from
227      * external D-A/D-A converters. Units are samples.
228      */
229     virtual int set_systemic_input_latency (uint32_t) = 0;
230     /** Set the (additional) output latency that cannot be determined via 
231      * the implementation's underlying code (e.g. latency from
232      * external D-A/D-A converters. Units are samples.
233      */
234     virtual int set_systemic_output_latency (uint32_t) = 0;
235
236     /* Retrieving parameters */
237
238     virtual std::string  device_name () const = 0;
239     virtual float        sample_rate () const = 0;
240     virtual uint32_t     buffer_size () const = 0;
241     virtual SampleFormat sample_format () const = 0;
242     virtual bool         interleaved () const = 0;
243     virtual uint32_t     input_channels () const = 0;
244     virtual uint32_t     output_channels () const = 0;
245     virtual uint32_t     systemic_input_latency () const = 0;
246     virtual uint32_t     systemic_output_latency () const = 0;
247
248     /** override this if this implementation returns true from
249      * requires_driver_selection()
250      */
251     virtual std::string  driver_name() const { return std::string(); }
252
253     /** Return the name of a control application for the 
254      * selected/in-use device. If no such application exists,
255      * or if no device has been selected or is in-use,
256      * return an empty string.
257      */
258     virtual std::string control_app_name() const = 0;
259     /** Launch the control app for the currently in-use or
260      * selected device. May do nothing if the control
261      * app is undefined or cannot be launched.
262      */
263     virtual void launch_control_app () = 0;
264
265     /* @return a vector of strings that describe the available
266      * MIDI options. 
267      *
268      * These can be presented to the user to decide which
269      * MIDI drivers, options etc. can be used. The returned strings
270      * should be thought of as the key to a map of possible
271      * approaches to handling MIDI within the backend. Ensure that
272      * the strings will make sense to the user.
273      */
274     virtual std::vector<std::string> enumerate_midi_options () const = 0;
275
276     /* Request the use of the MIDI option named @param option, which
277      * should be one of the strings returned by enumerate_midi_options()
278      *
279      * @return zero if successful, non-zero otherwise
280      */
281     virtual int set_midi_option (const std::string& option) = 0;
282
283     virtual std::string midi_option () const = 0;
284     
285     /* State Control */
286  
287     /** Start using the device named in the most recent call
288      * to set_device(), with the parameters set by various
289      * the most recent calls to set_sample_rate() etc. etc.
290      * 
291      * At some undetermined time after this function is successfully called,
292      * the backend will start calling the ::process_callback() method of
293      * the AudioEngine referenced by @param engine. These calls will
294      * occur in a thread created by and/or under the control of the backend.
295      *
296      * @param for_latency_measurement if true, the device is being started
297      *        to carry out latency measurements and the backend should this
298      *        take care to return latency numbers that do not reflect
299      *        any existing systemic latency settings.
300      *
301      * Return zero if successful, negative values otherwise.
302      *
303      *
304      *
305      *
306      * Why is this non-virtual but ::_start() is virtual ?
307      * Virtual methods with default parameters create possible ambiguity
308      * because a derived class may implement the same method with a different
309      * type or value of default parameter.
310      *
311      * So we make this non-virtual method to avoid possible overrides of
312      * default parameters. See Scott Meyers or other books on C++ to understand
313      * this pattern, or possibly just this:
314      *
315      * http://stackoverflow.com/questions/12139786/good-pratice-default-arguments-for-pure-virtual-method
316      */ 
317     int start (bool for_latency_measurement=false) {
318             return _start (for_latency_measurement);
319     }
320
321     /** Stop using the device currently in use. 
322      *
323      * If the function is successfully called, no subsequent calls to the
324      * process_callback() of @param engine will be made after the function
325      * returns, until parameters are reset and start() are called again.
326      * 
327      * The backend is considered to be un-configured after a successful
328      * return, and requires calls to set hardware parameters before it can be
329      * start()-ed again. See pause() for a way to avoid this. stop() should
330      * only be used when reconfiguration is required OR when there are no 
331      * plans to use the backend in the future with a reconfiguration.
332      *
333      * Return zero if successful, 1 if the device is not in use, negative values on error
334      */
335     virtual int stop () = 0;
336
337     /** While remaining connected to the device, and without changing its
338      * configuration, start (or stop) calling the process_callback() of @param engine
339      * without waiting for the device. Once process_callback() has returned, it
340      * will be called again immediately, thus allowing for faster-than-realtime
341      * processing.
342      *
343      * All registered ports remain in existence and all connections remain
344      * unaltered. However, any physical ports should NOT be used by the
345      * process_callback() during freewheeling - the data behaviour is undefined.
346      *
347      * If @param start_stop is true, begin this behaviour; otherwise cease this
348      * behaviour if it currently occuring, and return to calling
349      * process_callback() of @param engine by waiting for the device.
350      *
351      * Return zero on success, non-zero otherwise.
352      */
353     virtual int freewheel (bool start_stop) = 0;
354
355     /** return the fraction of the time represented by the current buffer
356      * size that is being used for each buffer process cycle, as a value
357      * from 0.0 to 1.0
358      *
359      * E.g. if the buffer size represents 5msec and current processing
360      * takes 1msec, the returned value should be 0.2. 
361      * 
362      * Implementations can feel free to smooth the values returned over
363      * time (e.g. high pass filtering, or its equivalent).
364      */
365     virtual float dsp_load() const  = 0;
366
367     /* Transport Control (JACK is the only audio API that currently offers
368        the concept of shared transport control)
369     */
370     
371     /** Attempt to change the transport state to TransportRolling. 
372      */
373     virtual void transport_start () {}
374     /** Attempt to change the transport state to TransportStopped. 
375      */
376     virtual void transport_stop () {}
377     /** return the current transport state
378      */
379     virtual TransportState transport_state () const { return TransportStopped; }
380     /** Attempt to locate the transport to @param pos
381      */
382     virtual void transport_locate (framepos_t /*pos*/) {}
383     /** Return the current transport location, in samples measured
384      * from the origin (defined by the transport time master)
385      */
386     virtual framepos_t transport_frame() const { return 0; }
387
388     /** If @param yn is true, become the time master for any inter-application transport
389      * timebase, otherwise cease to be the time master for the same.
390      *
391      * Return zero on success, non-zero otherwise
392      * 
393      * JACK is the only currently known audio API with the concept of a shared
394      * transport timebase.
395      */
396     virtual int set_time_master (bool /*yn*/) { return 0; }
397
398     virtual int        usecs_per_cycle () const { return 1000000 * (buffer_size() / sample_rate()); }
399     virtual size_t     raw_buffer_size (DataType t) = 0;
400     
401     /* Process time */
402     
403     /** return the time according to the sample clock in use, measured in
404      * samples since an arbitrary zero time in the past. The value should
405      * increase monotonically and linearly, without interruption from any
406      * source (including CPU frequency scaling).
407      *
408      * It is extremely likely that any implementation will use a DLL, since
409      * this function can be called from any thread, at any time, and must be 
410      * able to accurately determine the correct sample time.
411      *
412      * Can be called from any thread.
413      */
414     virtual pframes_t sample_time () = 0;
415
416     /** Return the time according to the sample clock in use when the most
417      * recent buffer process cycle began. Can be called from any thread.
418      */
419     virtual pframes_t sample_time_at_cycle_start () = 0;
420
421     /** Return the time since the current buffer process cycle started,
422      * in samples, according to the sample clock in use.
423      * 
424      * Can ONLY be called from within a process() callback tree (which
425      * implies that it can only be called by a process thread)
426      */
427     virtual pframes_t samples_since_cycle_start () = 0;
428
429     /** Return true if it possible to determine the offset in samples of the
430      * first video frame that starts within the current buffer process cycle,
431      * measured from the first sample of the cycle. If returning true,
432      * set @param offset to that offset.
433      *
434      * Eg. if it can be determined that the first video frame within the cycle
435      * starts 28 samples after the first sample of the cycle, then this method
436      * should return true and set @param offset to 28.
437      *
438      * May be impossible to support outside of JACK, which has specific support
439      * (in some cases, hardware support) for this feature.
440      *
441      * Can ONLY be called from within a process() callback tree (which implies
442      * that it can only be called by a process thread)
443      */
444     virtual bool get_sync_offset (pframes_t& /*offset*/) const { return false; }
445
446     /** Create a new thread suitable for running part of the buffer process
447      * cycle (i.e. Realtime scheduling, memory allocation, etc. etc are all
448      * correctly setup), with a stack size given in bytes by specified @param
449      * stacksize. The thread will begin executing @param func, and will exit
450      * when that function returns.
451      */
452     virtual int create_process_thread (boost::function<void()> func) = 0;
453
454     /** Wait for all processing threads to exit.
455      * 
456      * Return zero on success, non-zero on failure.
457      */
458     virtual int join_process_threads () = 0;
459
460     /** Return true if execution context is in a backend thread
461      */
462     virtual bool in_process_thread () = 0;
463
464     /** Return the minimum stack size of audio threads in bytes
465      */
466     static size_t thread_stack_size () { return 100000; }
467
468     /** Return number of processing threads
469      */
470     virtual uint32_t process_thread_count () = 0;
471
472     virtual void update_latencies () = 0;
473
474     /** Set @param speed and @param position to the current speed and position
475      * indicated by some transport sync signal.  Return whether the current
476      * transport state is pending, or finalized.
477      *
478      * Derived classes only need implement this if they provide some way to
479      * sync to a transport sync signal (e.g. Sony 9 Pin) that is not
480      * handled by Ardour itself (LTC and MTC are both handled by Ardour).
481      * The canonical example is JACK Transport.
482      */
483      virtual bool speed_and_position (double& speed, framepos_t& position) {
484              speed = 0.0;
485              position = 0;
486              return false;
487      }
488
489   protected:
490     AudioEngine&          engine;
491
492     virtual int _start (bool for_latency_measurement) = 0;
493 };
494
495 struct LIBARDOUR_API AudioBackendInfo {
496     const char* name;
497
498     /** Using arg1 and arg2, initialize this audiobackend.
499      * 
500      * Returns zero on success, non-zero otherwise.
501      */
502     int (*instantiate) (const std::string& arg1, const std::string& arg2);
503
504     /** Release all resources associated with this audiobackend
505      */
506     int (*deinstantiate) (void);
507
508     /** Factory method to create an AudioBackend-derived class.
509      * 
510      * Returns a valid shared_ptr to the object if successfull,
511      * or a "null" shared_ptr otherwise.
512      */
513     boost::shared_ptr<AudioBackend> (*factory) (AudioEngine&);
514
515     /** Return true if the underlying mechanism/API has been
516      * configured and does not need (re)configuration in order
517      * to be usable. Return false otherwise.
518      *
519      * Note that this may return true if (re)configuration, even though
520      * not currently required, is still possible.
521      */
522     bool (*already_configured)();
523 };
524
525 } // namespace
526
527 #endif /* __libardour_audiobackend_h__ */
528