c95593c349b75638daa07fe2ea76c581a32ec5da
[ardour.git] / libs / backends / alsa / alsa_audiobackend.h
1 /*
2  * Copyright (C) 2014 Robin Gareus <robin@gareus.org>
3  * Copyright (C) 2013 Paul Davis
4  *
5  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
6  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
7  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
8  * (at your option) any later version.
9  *
10  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
11  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
13  * GNU General Public License for more details.
14  *
15  * You should have received a copy of the GNU General Public License
16  * along with this program; if not, write to the Free Software
17  * Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
18  */
19
20 #ifndef __libbackend_alsa_audiobackend_h__
21 #define __libbackend_alsa_audiobackend_h__
22
23 #include <string>
24 #include <vector>
25 #include <map>
26 #include <set>
27
28 #include <stdint.h>
29 #include <pthread.h>
30
31 #include <boost/shared_ptr.hpp>
32
33 #include "ardour/audio_backend.h"
34 #include "ardour/dsp_load_calculator.h"
35 #include "ardour/system_exec.h"
36 #include "ardour/types.h"
37
38 #include "ardouralsautil/deviceinfo.h"
39
40 #include "zita-alsa-pcmi.h"
41 #include "alsa_rawmidi.h"
42 #include "alsa_sequencer.h"
43
44 namespace ARDOUR {
45
46 class AlsaAudioBackend;
47
48 class AlsaMidiEvent {
49         public:
50                 AlsaMidiEvent (const pframes_t timestamp, const uint8_t* data, size_t size);
51                 AlsaMidiEvent (const AlsaMidiEvent& other);
52                 ~AlsaMidiEvent ();
53                 size_t size () const { return _size; };
54                 pframes_t timestamp () const { return _timestamp; };
55                 const unsigned char* const_data () const { return _data; };
56                 unsigned char* data () { return _data; };
57                 bool operator< (const AlsaMidiEvent &other) const { return timestamp () < other.timestamp (); };
58         private:
59                 size_t _size;
60                 pframes_t _timestamp;
61                 uint8_t *_data;
62 };
63
64 typedef std::vector<boost::shared_ptr<AlsaMidiEvent> > AlsaMidiBuffer;
65
66 class AlsaPort {
67         protected:
68                 AlsaPort (AlsaAudioBackend &b, const std::string&, PortFlags);
69         public:
70                 virtual ~AlsaPort ();
71
72                 const std::string& name () const { return _name; }
73                 PortFlags flags () const { return _flags; }
74
75                 int set_name (const std::string &name) { _name = name; return 0; }
76
77                 virtual DataType type () const = 0;
78
79                 bool is_input ()     const { return flags () & IsInput; }
80                 bool is_output ()    const { return flags () & IsOutput; }
81                 bool is_physical ()  const { return flags () & IsPhysical; }
82                 bool is_terminal ()  const { return flags () & IsTerminal; }
83                 bool is_connected () const { return _connections.size () != 0; }
84                 bool is_connected (const AlsaPort *port) const;
85                 bool is_physically_connected () const;
86
87                 const std::vector<AlsaPort *>& get_connections () const { return _connections; }
88
89                 int connect (AlsaPort *port);
90                 int disconnect (AlsaPort *port);
91                 void disconnect_all ();
92
93                 virtual void* get_buffer (pframes_t nframes) = 0;
94
95                 const LatencyRange latency_range (bool for_playback) const
96                 {
97                         return for_playback ? _playback_latency_range : _capture_latency_range;
98                 }
99
100                 void set_latency_range (const LatencyRange &latency_range, bool for_playback)
101                 {
102                         if (for_playback)
103                         {
104                                 _playback_latency_range = latency_range;
105                         }
106                         else
107                         {
108                                 _capture_latency_range = latency_range;
109                         }
110                 }
111
112         private:
113                 AlsaAudioBackend &_alsa_backend;
114                 std::string _name;
115                 const PortFlags _flags;
116                 LatencyRange _capture_latency_range;
117                 LatencyRange _playback_latency_range;
118                 std::vector<AlsaPort*> _connections;
119
120                 void _connect (AlsaPort* , bool);
121                 void _disconnect (AlsaPort* , bool);
122
123 }; // class AlsaPort
124
125 class AlsaAudioPort : public AlsaPort {
126         public:
127                 AlsaAudioPort (AlsaAudioBackend &b, const std::string&, PortFlags);
128                 ~AlsaAudioPort ();
129
130                 DataType type () const { return DataType::AUDIO; };
131
132                 Sample* buffer () { return _buffer; }
133                 const Sample* const_buffer () const { return _buffer; }
134                 void* get_buffer (pframes_t nframes);
135
136         private:
137                 Sample _buffer[8192];
138 }; // class AlsaAudioPort
139
140 class AlsaMidiPort : public AlsaPort {
141         public:
142                 AlsaMidiPort (AlsaAudioBackend &b, const std::string&, PortFlags);
143                 ~AlsaMidiPort ();
144
145                 DataType type () const { return DataType::MIDI; };
146
147                 void* get_buffer (pframes_t nframes);
148                 const AlsaMidiBuffer * const_buffer () const { return & _buffer[_bufperiod]; }
149
150                 void next_period() { if (_n_periods > 1) { get_buffer(0); _bufperiod = (_bufperiod + 1) % _n_periods; } }
151                 void set_n_periods(int n) { if (n > 0 && n < 3) { _n_periods = n; } }
152
153         private:
154                 AlsaMidiBuffer _buffer[2];
155                 int _n_periods;
156                 int _bufperiod;
157 }; // class AlsaMidiPort
158
159 class AlsaAudioBackend : public AudioBackend {
160         friend class AlsaPort;
161         public:
162                 AlsaAudioBackend (AudioEngine& e, AudioBackendInfo& info);
163                 ~AlsaAudioBackend ();
164
165                 /* AUDIOBACKEND API */
166
167                 std::string name () const;
168                 bool is_realtime () const;
169
170                 bool use_separate_input_and_output_devices () const { return true; }
171                 std::vector<DeviceStatus> enumerate_devices () const;
172                 std::vector<DeviceStatus> enumerate_input_devices () const;
173                 std::vector<DeviceStatus> enumerate_output_devices () const;
174                 std::vector<float> available_sample_rates (const std::string& device) const;
175                 std::vector<float> available_sample_rates2 (const std::string&, const std::string&) const;
176                 std::vector<uint32_t> available_buffer_sizes (const std::string& device) const;
177                 std::vector<uint32_t> available_buffer_sizes2 (const std::string&, const std::string&) const;
178                 uint32_t available_input_channel_count (const std::string& device) const;
179                 uint32_t available_output_channel_count (const std::string& device) const;
180
181                 bool can_change_sample_rate_when_running () const;
182                 bool can_change_buffer_size_when_running () const;
183
184                 int set_device_name (const std::string&);
185                 int set_input_device_name (const std::string&);
186                 int set_output_device_name (const std::string&);
187                 int set_sample_rate (float);
188                 int set_buffer_size (uint32_t);
189                 int set_interleaved (bool yn);
190                 int set_input_channels (uint32_t);
191                 int set_output_channels (uint32_t);
192                 int set_systemic_input_latency (uint32_t);
193                 int set_systemic_output_latency (uint32_t);
194                 int set_systemic_midi_input_latency (std::string const, uint32_t);
195                 int set_systemic_midi_output_latency (std::string const, uint32_t);
196
197                 int reset_device () { return 0; };
198
199                 /* Retrieving parameters */
200                 std::string  device_name () const;
201                 std::string  input_device_name () const;
202                 std::string  output_device_name () const;
203                 float        sample_rate () const;
204                 uint32_t     buffer_size () const;
205                 bool         interleaved () const;
206                 uint32_t     input_channels () const;
207                 uint32_t     output_channels () const;
208                 uint32_t     systemic_input_latency () const;
209                 uint32_t     systemic_output_latency () const;
210                 uint32_t     systemic_midi_input_latency (std::string const) const;
211                 uint32_t     systemic_midi_output_latency (std::string const) const;
212
213                 bool can_set_systemic_midi_latencies () const { return true; }
214
215                 /* External control app */
216                 std::string control_app_name () const { return std::string (); }
217                 void launch_control_app () {}
218
219                 /* MIDI */
220                 std::vector<std::string> enumerate_midi_options () const;
221                 int set_midi_option (const std::string&);
222                 std::string midi_option () const;
223
224                 std::vector<DeviceStatus> enumerate_midi_devices () const;
225                 int set_midi_device_enabled (std::string const, bool);
226                 bool midi_device_enabled (std::string const) const;
227
228                 /* State Control */
229         protected:
230                 int _start (bool for_latency_measurement);
231         public:
232                 int stop ();
233                 int freewheel (bool);
234                 float dsp_load () const;
235                 size_t raw_buffer_size (DataType t);
236
237                 /* Process time */
238                 framepos_t sample_time ();
239                 framepos_t sample_time_at_cycle_start ();
240                 pframes_t samples_since_cycle_start ();
241
242                 int create_process_thread (boost::function<void()> func);
243                 int join_process_threads ();
244                 bool in_process_thread ();
245                 uint32_t process_thread_count ();
246
247                 void update_latencies ();
248
249                 /* PORTENGINE API */
250
251                 void* private_handle () const;
252                 const std::string& my_name () const;
253                 bool available () const;
254                 uint32_t port_name_size () const;
255
256                 int         set_port_name (PortHandle, const std::string&);
257                 std::string get_port_name (PortHandle) const;
258                 PortHandle  get_port_by_name (const std::string&) const;
259
260                 int get_ports (const std::string& port_name_pattern, DataType type, PortFlags flags, std::vector<std::string>&) const;
261
262                 DataType port_data_type (PortHandle) const;
263
264                 PortHandle register_port (const std::string& shortname, ARDOUR::DataType, ARDOUR::PortFlags);
265                 void unregister_port (PortHandle);
266
267                 int  connect (const std::string& src, const std::string& dst);
268                 int  disconnect (const std::string& src, const std::string& dst);
269                 int  connect (PortHandle, const std::string&);
270                 int  disconnect (PortHandle, const std::string&);
271                 int  disconnect_all (PortHandle);
272
273                 bool connected (PortHandle, bool process_callback_safe);
274                 bool connected_to (PortHandle, const std::string&, bool process_callback_safe);
275                 bool physically_connected (PortHandle, bool process_callback_safe);
276                 int  get_connections (PortHandle, std::vector<std::string>&, bool process_callback_safe);
277
278                 /* MIDI */
279                 int midi_event_get (pframes_t& timestamp, size_t& size, uint8_t** buf, void* port_buffer, uint32_t event_index);
280                 int midi_event_put (void* port_buffer, pframes_t timestamp, const uint8_t* buffer, size_t size);
281                 uint32_t get_midi_event_count (void* port_buffer);
282                 void     midi_clear (void* port_buffer);
283
284                 /* Monitoring */
285
286                 bool can_monitor_input () const;
287                 int  request_input_monitoring (PortHandle, bool);
288                 int  ensure_input_monitoring (PortHandle, bool);
289                 bool monitoring_input (PortHandle);
290
291                 /* Latency management */
292
293                 void         set_latency_range (PortHandle, bool for_playback, LatencyRange);
294                 LatencyRange get_latency_range (PortHandle, bool for_playback);
295
296                 /* Discovering physical ports */
297
298                 bool      port_is_physical (PortHandle) const;
299                 void      get_physical_outputs (DataType type, std::vector<std::string>&);
300                 void      get_physical_inputs (DataType type, std::vector<std::string>&);
301                 ChanCount n_physical_outputs () const;
302                 ChanCount n_physical_inputs () const;
303
304                 /* Getting access to the data buffer for a port */
305
306                 void* get_buffer (PortHandle, pframes_t);
307
308                 void* main_process_thread ();
309
310         private:
311                 std::string _instance_name;
312                 Alsa_pcmi *_pcmi;
313
314                 bool  _run; /* keep going or stop, ardour thread */
315                 bool  _active; /* is running, process thread */
316                 bool  _freewheel;
317                 bool  _freewheeling;
318                 bool  _measure_latency;
319
320                 uint64_t _last_process_start;
321
322                 static std::vector<std::string> _midi_options;
323                 static std::vector<AudioBackend::DeviceStatus> _input_audio_device_status;
324                 static std::vector<AudioBackend::DeviceStatus> _output_audio_device_status;
325                 static std::vector<AudioBackend::DeviceStatus> _duplex_audio_device_status;
326                 static std::vector<AudioBackend::DeviceStatus> _midi_device_status;
327                 static ARDOUR::ALSADeviceInfo _input_audio_device_info;
328                 static ARDOUR::ALSADeviceInfo _output_audio_device_info;
329
330                 mutable std::string _input_audio_device;
331                 mutable std::string _output_audio_device;
332                 std::string _midi_driver_option;
333
334                 /* audio device reservation */
335                 ARDOUR::SystemExec *_device_reservation;
336                 PBD::ScopedConnectionList _reservation_connection;
337                 void reservation_stdout (std::string, size_t);
338                 bool acquire_device(const char* device_name);
339                 void release_device();
340                 bool _reservation_succeeded;
341
342                 /* audio settings */
343                 float  _samplerate;
344                 size_t _samples_per_period;
345                 size_t _periods_per_cycle;
346                 static size_t _max_buffer_size;
347
348                 uint32_t _n_inputs;
349                 uint32_t _n_outputs;
350
351                 uint32_t _systemic_audio_input_latency;
352                 uint32_t _systemic_audio_output_latency;
353
354                 /* midi settings */
355                 struct AlsaMidiDeviceInfo {
356                         bool     enabled;
357                         uint32_t systemic_input_latency;
358                         uint32_t systemic_output_latency;
359                         AlsaMidiDeviceInfo()
360                                 : enabled (true)
361                                 , systemic_input_latency (0)
362                                 , systemic_output_latency (0)
363                         {}
364                 };
365
366                 mutable std::map<std::string, struct AlsaMidiDeviceInfo *> _midi_devices;
367                 struct AlsaMidiDeviceInfo * midi_device_info(std::string const) const;
368
369                 /* processing */
370                 float  _dsp_load;
371                 ARDOUR::DSPLoadCalculator  _dsp_load_calc;
372                 framecnt_t _processed_samples;
373                 pthread_t _main_thread;
374
375                 /* process threads */
376                 static void* alsa_process_thread (void *);
377                 std::vector<pthread_t> _threads;
378
379                 struct ThreadData {
380                         AlsaAudioBackend* engine;
381                         boost::function<void ()> f;
382                         size_t stacksize;
383
384                         ThreadData (AlsaAudioBackend* e, boost::function<void ()> fp, size_t stacksz)
385                                 : engine (e) , f (fp) , stacksize (stacksz) {}
386                 };
387
388                 /* port engine */
389                 PortHandle add_port (const std::string& shortname, ARDOUR::DataType, ARDOUR::PortFlags);
390                 int register_system_audio_ports ();
391                 int register_system_midi_ports ();
392                 void unregister_ports (bool system_only = false);
393
394                 std::vector<AlsaPort *> _ports;
395                 std::vector<AlsaPort *> _system_inputs;
396                 std::vector<AlsaPort *> _system_outputs;
397                 std::vector<AlsaPort *> _system_midi_in;
398                 std::vector<AlsaPort *> _system_midi_out;
399
400                 std::vector<AlsaMidiOut *> _rmidi_out;
401                 std::vector<AlsaMidiIn  *> _rmidi_in;
402
403                 struct PortConnectData {
404                         std::string a;
405                         std::string b;
406                         bool c;
407
408                         PortConnectData (const std::string& a, const std::string& b, bool c)
409                                 : a (a) , b (b) , c (c) {}
410                 };
411
412                 std::vector<PortConnectData *> _port_connection_queue;
413                 pthread_mutex_t _port_callback_mutex;
414                 bool _port_change_flag;
415
416                 void port_connect_callback (const std::string& a, const std::string& b, bool conn) {
417                         pthread_mutex_lock (&_port_callback_mutex);
418                         _port_connection_queue.push_back(new PortConnectData(a, b, conn));
419                         pthread_mutex_unlock (&_port_callback_mutex);
420                 }
421
422                 void port_connect_add_remove_callback () {
423                         pthread_mutex_lock (&_port_callback_mutex);
424                         _port_change_flag = true;
425                         pthread_mutex_unlock (&_port_callback_mutex);
426                 }
427
428                 bool valid_port (PortHandle port) const {
429                         return std::find (_ports.begin (), _ports.end (), (AlsaPort*)port) != _ports.end ();
430                 }
431
432                 AlsaPort * find_port (const std::string& port_name) const {
433                         for (std::vector<AlsaPort*>::const_iterator it = _ports.begin (); it != _ports.end (); ++it) {
434                                 if ((*it)->name () == port_name) {
435                                         return *it;
436                                 }
437                         }
438                         return NULL;
439                 }
440
441 }; // class AlsaAudioBackend
442
443 } // namespace
444
445 #endif /* __libbackend_alsa_audiobackend_h__ */