9c72b77550b8ccbcba42dba152a2b4e5f3f3e132
[ardour.git] / libs / ardour / ardour / port_engine.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_port_engine_h__
21 #define __libardour_port_engine_h__
22
23 #include <vector>
24 #include <string>
25
26 #include <stdint.h>
27
28 #include "ardour/data_type.h"
29 #include "ardour/libardour_visibility.h"
30 #include "ardour/types.h"
31
32 namespace ARDOUR {
33
34 class PortManager;
35
36 /** PortEngine is an abstract base class that defines the functionality
37  * required by Ardour.
38  *
39  * A Port is basically an endpoint for a datastream (which can either be
40  * continuous, like audio, or event-based, like MIDI). Ports have buffers
41  * associated with them into which data can be written (if they are output
42  * ports) and from which data can be read (if they input ports). Ports can be
43  * connected together so that data written to an output port can be read from
44  * an input port. These connections can be 1:1, 1:N OR N:1.
45  *
46  * Ports may be associated with software only, or with hardware.  Hardware
47  * related ports are often referred to as physical, and correspond to some
48  * relevant physical entity on a hardware device, such as an audio jack or a
49  * MIDI connector. Physical ports may be potentially asked to monitor their
50  * inputs, though some implementations may not support this.
51  *
52  * Most physical ports will also be considered "terminal", which means that
53  * data delivered there or read from there will go to or comes from a system
54  * outside of the PortEngine implementation's control (e.g. the analog domain
55  * for audio, or external MIDI devices for MIDI). Non-physical ports can also
56  * be considered "terminal". For example, the output port of a software
57  * synthesizer is a terminal port, because the data contained in its buffer
58  * does not and cannot be considered to come from any other port - it is
59  * synthesized by its owner.
60  *
61  * Ports also have latency associated with them. Each port has a playback
62  * latency and a capture latency:
63  *
64  * <b>capture latency</b>: how long since the data read from the buffer of a
65  *                  port arrived at at a terminal port.  The data will have
66  *                  come from the "outside world" if the terminal port is also
67  *                  physical, or will have been synthesized by the entity that
68  *                  owns the terminal port.
69  *
70  * <b>playback latency</b>: how long until the data written to the buffer of
71  *                   port will reach a terminal port.
72  *
73  *
74  * For more detailed questions about the PortEngine API, consult the JACK API
75  * documentation, on which this entire object is based.
76  */
77
78 class LIBARDOUR_API PortEngine
79 {
80 public:
81         PortEngine (PortManager& pm) : manager (pm) {}
82         virtual ~PortEngine() {}
83
84         /** Return a private, type-free pointer to any data
85          * that might be useful to a concrete implementation
86          */
87         virtual void* private_handle() const = 0;
88
89         /* We use void* here so that the API can be defined for any implementation.
90          *
91          * We could theoretically use a template (PortEngine<T>) and define
92          * PortHandle as T, but this complicates the desired inheritance
93          * pattern in which FooPortEngine handles things for the Foo API,
94          * rather than being a derivative of PortEngine<Foo>.
95          */
96
97         typedef void* PortHandle;
98
99         /** Return the name of this process as used by the port manager
100          * when naming ports.
101          */
102         virtual const std::string& my_name() const = 0;
103
104         /** Return true if the underlying mechanism/API is still available
105          * for us to utilize. return false if some or all of the AudioBackend
106          * API can no longer be effectively used.
107          */
108         virtual bool available() const = 0;
109
110         /** Return the maximum size of a port name
111         */
112         virtual uint32_t port_name_size() const = 0;
113
114         /** Returns zero if the port referred to by @param port was set to @param
115          * name. Return non-zero otherwise.
116          */
117         virtual int         set_port_name (PortHandle port, const std::string& name) = 0;
118         /** Return the name of the port referred to by @param port. If the port
119          * does not exist, return an empty string.
120          */
121         virtual std::string get_port_name (PortHandle) const = 0;
122
123         /** Return the port-property value and type for a given key.
124          * (eg query a human readable port name)
125          *
126          * The API follows jack_get_property():
127          *
128          * @param key The key of the property to retrieve
129          * @param value Set to the value of the property if found
130          * @param type The type of the property if set (
131          *             Type of data, either a MIME type or URI.
132          *             If type is empty, the data is assumed to be a UTF-8 encoded string.
133          *
134          * @return 0 on success, -1 if the @p subject has no @p key property.
135          *
136          * for available keys, see
137          * https://github.com/jackaudio/headers/blob/master/metadata.h
138          * https://github.com/drobilla/jackey/blob/master/jackey.h
139          */
140         virtual int get_port_property (PortHandle, const std::string& key, std::string& value, std::string& type) const { return -1; }
141
142         /** Set the port-property value and type for a given key
143          *
144          * The API follows jack_set_property():
145          * @param key The key of the property.
146          * @param value The value of the property.
147          * @param type The type of the property.
148          *
149          * @return 0 on success, -1 on error
150          */
151         virtual int set_port_property (PortHandle, const std::string& key, const std::string& value, const std::string& type) { return -1; }
152
153         /** Return a reference to a port with the fullname @param name. Return
154          * an "empty" PortHandle (analogous to a null pointer) if no such port exists.
155          */
156         virtual PortHandle get_port_by_name (const std::string&) const = 0;
157
158         /** Find the set of ports whose names, types and flags match
159          * specified values, place the names of each port into @param ports,
160          * and return the count of the number found.
161          *
162          * To avoid selecting by name, pass an empty string for @param
163          * port_name_pattern.
164          *
165          * To avoid selecting by type, pass DataType::NIL as @param type.
166          *
167          * To avoid selecting by flags, pass PortFlags (0) as @param flags.
168          */
169         virtual int get_ports (const std::string& port_name_pattern, DataType type, PortFlags flags, std::vector<std::string>& ports) const = 0;
170
171         /** Return the Ardour data type handled by the port referred to by @param
172          * port. Returns DataType::NIL if the port does not exist.
173          */
174         virtual DataType port_data_type (PortHandle port) const = 0;
175
176         /** Create a new port whose fullname will be the conjuction of my_name(),
177          * ":" and @param shortname. The port will handle data specified by @param
178          * type and will have the flags given by @param flags. If successfull,
179          * return a reference to the port, otherwise return a null pointer.
180          */
181         virtual PortHandle register_port (const std::string& shortname, ARDOUR::DataType type, ARDOUR::PortFlags flags) = 0;
182
183         /* Destroy the port referred to by @param port, including all resources
184          * associated with it. This will also disconnect @param port from any ports it
185          * is connected to.
186          */
187         virtual void       unregister_port (PortHandle) = 0;
188
189         /* Connection management */
190
191         /** Ensure that data written to the port named by @param src will be
192          * readable from the port named by @param dst. Return zero on success,
193          * non-zero otherwise.
194          */
195         virtual int   connect (const std::string& src, const std::string& dst) = 0;
196
197         /** Remove any existing connection between the ports named by @param src and
198          * @param dst. Return zero on success, non-zero otherwise.
199          */
200         virtual int   disconnect (const std::string& src, const std::string& dst) = 0;
201
202
203         /** Ensure that data written to the port referenced by @param portwill be
204          * readable from the port named by @param dst. Return zero on success,
205          * non-zero otherwise.
206          */
207         virtual int   connect (PortHandle src, const std::string& dst) = 0;
208         /** Remove any existing connection between the port referenced by @param src and
209          * the port named @param dst. Return zero on success, non-zero otherwise.
210          */
211         virtual int   disconnect (PortHandle src, const std::string& dst) = 0;
212
213         /** Remove all connections between the port referred to by @param port and
214          * any other ports. Return zero on success, non-zero otherwise.
215          */
216         virtual int   disconnect_all (PortHandle port) = 0;
217
218         /** Return true if the port referred to by @param port has any connections
219          * to other ports. Return false otherwise.
220          */
221         virtual bool  connected (PortHandle port, bool process_callback_safe = true) = 0;
222         /** Return true if the port referred to by @param port is connected to
223          * the port named by @param name. Return false otherwise.
224          */
225         virtual bool  connected_to (PortHandle, const std::string& name, bool process_callback_safe = true) = 0;
226
227         /** Return true if the port referred to by @param port has any connections
228          * to ports marked with the PortFlag IsPhysical. Return false otherwise.
229          */
230         virtual bool  physically_connected (PortHandle port, bool process_callback_safe = true) = 0;
231
232         /** Return true if the port referred to by @param port has any connections
233          * to external, not-ardour owned, ports.
234          */
235         virtual bool  externally_connected (PortHandle port, bool process_callback_safe = true) {
236                 /* only with JACK, provides client ports that are not physical */
237                 return physically_connected (port, process_callback_safe);
238         }
239
240         /** Place the names of all ports connected to the port named by @param
241          * ports into @param names, and return the number of connections.
242          */
243         virtual int   get_connections (PortHandle port, std::vector<std::string>& names, bool process_callback_safe = true) = 0;
244
245         /* MIDI */
246
247         /** Retrieve a MIDI event from the data at @param port_buffer. The event
248                 number to be retrieved is given by @param event_index (a value of zero
249                 indicates that the first event in the port_buffer should be retrieved).
250          *
251          * The data associated with the event will be copied into the buffer at
252          * @param buf and the number of bytes written will be stored in @param
253          * size. The timestamp of the event (which is always relative to the start
254          * of the current process cycle, in samples) will be stored in @param
255          * timestamp
256          */
257         virtual int      midi_event_get (pframes_t& timestamp, size_t& size, uint8_t const** buf, void* port_buffer, uint32_t event_index) = 0;
258
259         /** Place a MIDI event consisting of @param size bytes copied from the data
260          * at @param buf into the port buffer referred to by @param
261          * port_buffer. The MIDI event will be marked with a time given by @param
262          * timestamp. Return zero on success, non-zero otherwise.
263          *
264          * Events  must be added monotonically to a port buffer. An attempt to
265          * add a non-monotonic event (e.g. out-of-order) will cause this method
266          * to return a failure status.
267          */
268         virtual int      midi_event_put (void* port_buffer, pframes_t timestamp, const uint8_t* buffer, size_t size) = 0;
269
270         /** Return the number of MIDI events in the data at @param port_buffer
271         */
272         virtual uint32_t get_midi_event_count (void* port_buffer) = 0;
273
274         /** Clear the buffer at @param port_buffer of all MIDI events.
275          *
276          * After a call to this method, an immediate, subsequent call to
277          * get_midi_event_count() with the same @param port_buffer argument must
278          * return zero.
279          */
280         virtual void     midi_clear (void* port_buffer) = 0;
281
282         /* Monitoring */
283
284         /** Return true if the implementation can offer input monitoring.
285          *
286          * Input monitoring involves the (selective) routing of incoming data
287          * to an outgoing data stream, without the data being passed to the CPU.
288          *
289          * Only certain audio hardware can provide this, and only certain audio
290          * APIs can offer it.
291          */
292         virtual bool  can_monitor_input() const = 0;
293         /** Increment or decrement the number of requests to monitor the input
294          * of the hardware channel represented by the port referred to by @param
295          * port.
296          *
297          * If the number of requests rises above zero, input monitoring will
298          * be enabled (if can_monitor_input() returns true for the implementation).
299          *
300          * If the number of requests falls to zero, input monitoring will be
301          * disabled (if can_monitor_input() returns true for the implementation)
302          */
303         virtual int   request_input_monitoring (PortHandle port, bool yn) = 0;
304         /* Force input monitoring of the hardware channel represented by the port
305          * referred to by @param port to be on or off, depending on the true/false
306          * status of @param yn. The request count is ignored when using this
307          * method, so if this is called with yn set to false, input monitoring will
308          * be disabled regardless of the number of requests to enable it.
309          */
310         virtual int   ensure_input_monitoring (PortHandle port, bool yn) = 0;
311         /** Return true if input monitoring is enabled for the hardware channel
312          * represented by the port referred to by @param port. Return false
313          * otherwise.
314          */
315         virtual bool  monitoring_input (PortHandle port) = 0;
316
317         /* Latency management */
318
319         /** Set the latency range for the port referred to by @param port to @param
320          * r. The playback range will be set if @param for_playback is true,
321          * otherwise the capture range will be set.
322          */
323         virtual void          set_latency_range (PortHandle port, bool for_playback, LatencyRange r) = 0;
324         /** Return the latency range for the port referred to by @param port.
325          * The playback range will be returned if @param for_playback is true,
326          * otherwise the capture range will be returned.
327          */
328         virtual LatencyRange  get_latency_range (PortHandle port, bool for_playback) = 0;
329
330         /* Discovering physical ports */
331
332         /** Return true if the port referred to by @param port has the IsPhysical
333          * flag set. Return false otherwise.
334          */
335         virtual bool      port_is_physical (PortHandle port) const = 0;
336
337         /** Store into @param names the names of all ports with the IsOutput and
338          * IsPhysical flag set, that handle data of type @param type.
339          *
340          * This can be used to discover outputs associated with hardware devices.
341          */
342         virtual void      get_physical_outputs (DataType type, std::vector<std::string>& names) = 0;
343         /** Store into @param names the names of all ports with the IsInput and
344          * IsPhysical flags set, that handle data of type @param type.
345          *
346          * This can be used to discover inputs associated with hardware devices.
347          */
348         virtual void      get_physical_inputs (DataType type, std::vector<std::string>& names) = 0;
349         /** Return the total count (possibly mixed between different data types)
350          * of the number of ports with the IsPhysical and IsOutput flags set.
351          */
352         virtual ChanCount n_physical_outputs () const = 0;
353         /** Return the total count (possibly mixed between different data types)
354          * of the number of ports with the IsPhysical and IsInput flags set.
355          */
356         virtual ChanCount n_physical_inputs () const = 0;
357
358         /** Return the address of the memory area where data for the port can be
359          * written (if the port has the PortFlag IsOutput set) or read (if the port
360          * has the PortFlag IsInput set).
361          *
362          * The return value is untyped because buffers containing different data
363          * depending on the port type.
364          */
365         virtual void* get_buffer (PortHandle, pframes_t) = 0;
366
367         /* MIDI ports (the ones in libmidi++) need this to be able to correctly
368          * schedule MIDI events within their buffers. It is a bit odd that we
369          * expose this here, because it is also exposed by AudioBackend, but they
370          * only have access to a PortEngine object, not an AudioBackend.
371          *
372          * Return the time according to the sample clock in use when the current
373          * buffer process cycle began.
374          *
375          * XXX to be removed after some more design cleanup.
376          */
377         virtual samplepos_t sample_time_at_cycle_start () = 0;
378
379 protected:
380         PortManager& manager;
381 };
382
383 } // namespace
384
385 #endif /* __libardour_port_engine_h__ */