libs/backends/coreaudio/coreaudio_backend.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_coreaudio_backend_h__
  21 #define __libbackend_coreaudio_backend_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/types.h"
  36
  37 #include "coreaudio_pcmio.h"
  38 #include "coremidi_io.h"
  39
  40 namespace ARDOUR {
  41
  42 class CoreAudioBackend;
  43
  44 class CoreMidiEvent {
  45   public:
  46         CoreMidiEvent (const pframes_t timestamp, const uint8_t* data, size_t size);
  47         CoreMidiEvent (const CoreMidiEvent& other);
  48         ~CoreMidiEvent ();
  49         size_t size () const { return _size; };
  50         pframes_t timestamp () const { return _timestamp; };
  51         const unsigned char* const_data () const { return _data; };
  52         unsigned char* data () { return _data; };
  53         bool operator< (const CoreMidiEvent &other) const { return timestamp () < other.timestamp (); };
  54   private:
  55         size_t _size;
  56         pframes_t _timestamp;
  57         uint8_t *_data;
  58 };
  59
  60 typedef std::vector<boost::shared_ptr<CoreMidiEvent> > CoreMidiBuffer;
  61
  62 class CoreBackendPort {
  63   protected:
  64         CoreBackendPort (CoreAudioBackend &b, const std::string&, PortFlags);
  65   public:
  66         virtual ~CoreBackendPort ();
  67
  68         const std::string& name () const { return _name; }
  69         const std::string& pretty_name () const { return _pretty_name; }
  70         PortFlags flags () const { return _flags; }
  71
  72         int set_name (const std::string &name) { _name = name; return 0; }
  73         int set_pretty_name (const std::string &name) { _pretty_name = name; return 0; }
  74
  75         virtual DataType type () const = 0;
  76
  77         bool is_input ()     const { return flags () & IsInput; }
  78         bool is_output ()    const { return flags () & IsOutput; }
  79         bool is_physical ()  const { return flags () & IsPhysical; }
  80         bool is_terminal ()  const { return flags () & IsTerminal; }
  81         bool is_connected () const { return _connections.size () != 0; }
  82         bool is_connected (const CoreBackendPort *port) const;
  83         bool is_physically_connected () const;
  84
  85         const std::vector<CoreBackendPort *>& get_connections () const { return _connections; }
  86
  87         int connect (CoreBackendPort *port);
  88         int disconnect (CoreBackendPort *port);
  89         void disconnect_all ();
  90
  91         virtual void* get_buffer (pframes_t nframes) = 0;
  92
  93         const LatencyRange latency_range (bool for_playback) const
  94         {
  95                 return for_playback ? _playback_latency_range : _capture_latency_range;
  96         }
  97
  98         void set_latency_range (const LatencyRange &latency_range, bool for_playback)
  99         {
 100                 if (for_playback)
 101                 {
 102                         _playback_latency_range = latency_range;
 103                 }
 104                 else
 105                 {
 106                         _capture_latency_range = latency_range;
 107                 }
 108         }
 109
 110   private:
 111         CoreAudioBackend &_osx_backend;
 112         std::string _name;
 113         std::string _pretty_name;
 114         const PortFlags _flags;
 115         LatencyRange _capture_latency_range;
 116         LatencyRange _playback_latency_range;
 117         std::vector<CoreBackendPort*> _connections;
 118
 119         void _connect (CoreBackendPort* , bool);
 120         void _disconnect (CoreBackendPort* , bool);
 121
 122 }; // class CoreBackendPort
 123
 124 class CoreAudioPort : public CoreBackendPort {
 125   public:
 126         CoreAudioPort (CoreAudioBackend &b, const std::string&, PortFlags);
 127         ~CoreAudioPort ();
 128
 129         DataType type () const { return DataType::AUDIO; };
 130
 131         Sample* buffer () { return _buffer; }
 132         const Sample* const_buffer () const { return _buffer; }
 133         void* get_buffer (pframes_t nframes);
 134
 135   private:
 136         Sample _buffer[8192];
 137 }; // class CoreAudioPort
 138
 139 class CoreMidiPort : public CoreBackendPort {
 140   public:
 141         CoreMidiPort (CoreAudioBackend &b, const std::string&, PortFlags);
 142         ~CoreMidiPort ();
 143
 144         DataType type () const { return DataType::MIDI; };
 145
 146         void* get_buffer (pframes_t nframes);
 147         const CoreMidiBuffer * const_buffer () const { return & _buffer[_bufperiod]; }
 148
 149         void next_period() { if (_n_periods > 1) { get_buffer(0); _bufperiod = (_bufperiod + 1) % _n_periods; } }
 150         void set_n_periods(int n) { if (n > 0 && n < 3) { _n_periods = n; } }
 151
 152         void parse_events (const uint64_t time, const uint8_t *data, const size_t size);
 153         void clear_events ();
 154         void reset_parser ();
 155
 156   private:
 157         CoreMidiBuffer _buffer[2];
 158         int _n_periods;
 159         int _bufperiod;
 160
 161         int queue_event (void* port_buffer, pframes_t timestamp, const uint8_t* buffer, size_t size);
 162         bool process_byte (const uint64_t, const uint8_t);
 163
 164         void record_byte(uint8_t byte) {
 165                 if (_total_bytes < sizeof(_parser_buffer)) {
 166                         _parser_buffer[_total_bytes] = byte;
 167                 } else {
 168                         ++_unbuffered_bytes;
 169                 }
 170                 ++_total_bytes;
 171         }
 172
 173         void prepare_byte_event(const uint64_t time, const uint8_t byte) {
 174                 _parser_buffer[0] = byte;
 175                 _event.prepare(time, 1);
 176         }
 177
 178         bool prepare_buffered_event(const uint64_t time) {
 179                 const bool result = _unbuffered_bytes == 0;
 180                 if (result) {
 181                         _event.prepare(time, _total_bytes);
 182                 }
 183                 _total_bytes = 0;
 184                 _unbuffered_bytes = 0;
 185                 if (_status_byte >= 0xf0) {
 186                         _expected_bytes = 0;
 187                         _status_byte = 0;
 188                 }
 189                 return result;
 190         }
 191
 192         struct ParserEvent {
 193                 uint64_t _time;
 194                 size_t _size;
 195                 bool _pending;
 196                 ParserEvent (const uint64_t time, const size_t size)
 197                         : _time(time)
 198                         , _size(size)
 199                         , _pending(false) {}
 200
 201                 void prepare(const uint64_t time, const size_t size) {
 202                         _time = time;
 203                         _size = size;
 204                         _pending = true;
 205                 }
 206         } _event;
 207
 208         bool    _first_time;
 209         size_t  _unbuffered_bytes;
 210         size_t  _total_bytes;
 211         size_t  _expected_bytes;
 212         uint8_t _status_byte;
 213         uint8_t _parser_buffer[1024];
 214
 215 }; // class CoreMidiPort
 216
 217 class CoreAudioBackend : public AudioBackend {
 218         friend class CoreBackendPort;
 219   public:
 220         CoreAudioBackend (AudioEngine& e, AudioBackendInfo& info);
 221         ~CoreAudioBackend ();
 222
 223         /* AUDIOBACKEND API */
 224
 225         std::string name () const;
 226         bool is_realtime () const;
 227
 228         bool use_separate_input_and_output_devices () const { return true; }
 229         std::vector<DeviceStatus> enumerate_devices () const;
 230         std::vector<DeviceStatus> enumerate_input_devices () const;
 231         std::vector<DeviceStatus> enumerate_output_devices () const;
 232
 233         std::vector<float> available_sample_rates (const std::string& device) const;
 234         std::vector<float> available_sample_rates2 (const std::string&, const std::string&) const;
 235         std::vector<uint32_t> available_buffer_sizes (const std::string& device) const;
 236         std::vector<uint32_t> available_buffer_sizes2 (const std::string&, const std::string&) const;
 237         uint32_t available_input_channel_count (const std::string& device) const;
 238         uint32_t available_output_channel_count (const std::string& device) const;
 239
 240         bool can_change_sample_rate_when_running () const;
 241         bool can_change_buffer_size_when_running () const;
 242
 243         int set_device_name (const std::string&);
 244         int set_input_device_name (const std::string&);
 245         int set_output_device_name (const std::string&);
 246         int set_sample_rate (float);
 247         int set_buffer_size (uint32_t);
 248         int set_interleaved (bool yn);
 249         int set_input_channels (uint32_t);
 250         int set_output_channels (uint32_t);
 251         int set_systemic_input_latency (uint32_t);
 252         int set_systemic_output_latency (uint32_t);
 253         int set_systemic_midi_input_latency (std::string const, uint32_t) { return 0; }
 254         int set_systemic_midi_output_latency (std::string const, uint32_t) { return 0; }
 255
 256         int reset_device () { return 0; };
 257
 258         /* Retrieving parameters */
 259         std::string  device_name () const;
 260         std::string  input_device_name () const;
 261         std::string  output_device_name () const;
 262         float        sample_rate () const;
 263         uint32_t     buffer_size () const;
 264         bool         interleaved () const;
 265         uint32_t     input_channels () const;
 266         uint32_t     output_channels () const;
 267         uint32_t     systemic_input_latency () const;
 268         uint32_t     systemic_output_latency () const;
 269         uint32_t     systemic_midi_input_latency (std::string const) const { return 0; }
 270         uint32_t     systemic_midi_output_latency (std::string const) const { return 0; }
 271
 272         bool can_set_systemic_midi_latencies () const { return false; /* XXX */}
 273
 274         /* External control app */
 275         std::string control_app_name () const { return std::string ("Apple"); }
 276         void launch_control_app ();
 277
 278         /* MIDI */
 279         std::vector<std::string> enumerate_midi_options () const;
 280         int set_midi_option (const std::string&);
 281         std::string midi_option () const;
 282
 283         std::vector<DeviceStatus> enumerate_midi_devices () const {
 284                 return std::vector<AudioBackend::DeviceStatus> ();
 285         }
 286         int set_midi_device_enabled (std::string const, bool) {
 287                 return true;
 288         }
 289         bool midi_device_enabled (std::string const) const {
 290                 return false;
 291         }
 292
 293         // really private, but needing static access:
 294         int process_callback(uint32_t, uint64_t);
 295         void error_callback();
 296         void xrun_callback();
 297         void buffer_size_callback();
 298         void sample_rate_callback();
 299         void hw_changed_callback();
 300
 301   protected:
 302         /* State Control */
 303         int _start (bool for_latency_measurement);
 304   public:
 305         int stop ();
 306         int freewheel (bool);
 307         float dsp_load () const;
 308         size_t raw_buffer_size (DataType t);
 309
 310         /* Process time */
 311         framepos_t sample_time ();
 312         framepos_t sample_time_at_cycle_start ();
 313         pframes_t samples_since_cycle_start ();
 314
 315         int create_process_thread (boost::function<void()> func);
 316         int join_process_threads ();
 317         bool in_process_thread ();
 318         uint32_t process_thread_count ();
 319
 320         void update_latencies ();
 321
 322         /* PORTENGINE API */
 323
 324         void* private_handle () const;
 325         const std::string& my_name () const;
 326         bool available () const;
 327         uint32_t port_name_size () const;
 328
 329         int         set_port_name (PortHandle, const std::string&);
 330         std::string get_port_name (PortHandle) const;
 331         PortHandle  get_port_by_name (const std::string&) const;
 332         int get_port_property (PortHandle, const std::string& key, std::string& value, std::string& type) const;
 333
 334         int get_ports (const std::string& port_name_pattern, DataType type, PortFlags flags, std::vector<std::string>&) const;
 335
 336         DataType port_data_type (PortHandle) const;
 337
 338         PortHandle register_port (const std::string& shortname, ARDOUR::DataType, ARDOUR::PortFlags);
 339         void unregister_port (PortHandle);
 340
 341         int  connect (const std::string& src, const std::string& dst);
 342         int  disconnect (const std::string& src, const std::string& dst);
 343         int  connect (PortHandle, const std::string&);
 344         int  disconnect (PortHandle, const std::string&);
 345         int  disconnect_all (PortHandle);
 346
 347         bool connected (PortHandle, bool process_callback_safe);
 348         bool connected_to (PortHandle, const std::string&, bool process_callback_safe);
 349         bool physically_connected (PortHandle, bool process_callback_safe);
 350         int  get_connections (PortHandle, std::vector<std::string>&, bool process_callback_safe);
 351
 352         /* MIDI */
 353         int midi_event_get (pframes_t& timestamp, size_t& size, uint8_t** buf, void* port_buffer, uint32_t event_index);
 354         int midi_event_put (void* port_buffer, pframes_t timestamp, const uint8_t* buffer, size_t size) {
 355                 return _midi_event_put (port_buffer, timestamp, buffer, size);
 356         }
 357
 358         uint32_t get_midi_event_count (void* port_buffer);
 359         void     midi_clear (void* port_buffer);
 360
 361         /* Monitoring */
 362
 363         bool can_monitor_input () const;
 364         int  request_input_monitoring (PortHandle, bool);
 365         int  ensure_input_monitoring (PortHandle, bool);
 366         bool monitoring_input (PortHandle);
 367
 368         /* Latency management */
 369
 370         void         set_latency_range (PortHandle, bool for_playback, LatencyRange);
 371         LatencyRange get_latency_range (PortHandle, bool for_playback);
 372
 373         /* Discovering physical ports */
 374
 375         bool      port_is_physical (PortHandle) const;
 376         void      get_physical_outputs (DataType type, std::vector<std::string>&);
 377         void      get_physical_inputs (DataType type, std::vector<std::string>&);
 378         ChanCount n_physical_outputs () const;
 379         ChanCount n_physical_inputs () const;
 380
 381         /* Getting access to the data buffer for a port */
 382
 383         void* get_buffer (PortHandle, pframes_t);
 384
 385         void* freewheel_thread ();
 386         void pre_process ();
 387         void coremidi_rediscover ();
 388
 389         static int _midi_event_put (void* port_buffer, pframes_t timestamp, const uint8_t* buffer, size_t size);
 390
 391   private:
 392         std::string _instance_name;
 393         CoreAudioPCM *_pcmio;
 394         CoreMidiIo *_midiio;
 395
 396         bool  _run; /* keep going or stop, ardour thread */
 397         bool  _active_ca; /* is running, process thread */
 398         bool  _active_fw; /* is running, process thread */
 399         bool  _preinit;
 400         bool  _freewheeling;
 401         bool  _freewheel;
 402         bool  _freewheel_ack;
 403         bool  _reinit_thread_callback;
 404         bool  _measure_latency;
 405
 406         uint64_t _last_process_start;
 407
 408         pthread_mutex_t _process_callback_mutex;
 409
 410         pthread_mutex_t _freewheel_mutex;
 411         pthread_cond_t  _freewheel_signal;
 412
 413         static std::vector<std::string> _midi_options;
 414         static std::vector<AudioBackend::DeviceStatus> _input_audio_device_status;
 415         static std::vector<AudioBackend::DeviceStatus> _output_audio_device_status;
 416         static std::vector<AudioBackend::DeviceStatus> _duplex_audio_device_status;
 417         static std::vector<AudioBackend::DeviceStatus> _midi_device_status;
 418
 419         mutable std::string _input_audio_device;
 420         mutable std::string _output_audio_device;
 421         std::string _midi_driver_option;
 422
 423         /* audio settings */
 424         float  _samplerate;
 425         size_t _samples_per_period;
 426         static size_t _max_buffer_size;
 427
 428         uint32_t _n_inputs;
 429         uint32_t _n_outputs;
 430
 431         uint32_t _systemic_audio_input_latency;
 432         uint32_t _systemic_audio_output_latency;
 433
 434         /* coreaudio specific  */
 435         uint32_t name_to_id(std::string) const;
 436
 437         /* processing */
 438         float  _dsp_load;
 439         ARDOUR::DSPLoadCalculator  _dsp_load_calc;
 440         uint64_t _processed_samples;
 441
 442         pthread_t _main_thread;
 443         pthread_t _freeewheel_thread;
 444
 445         /* process threads */
 446         static void* coreaudio_process_thread (void *);
 447         std::vector<pthread_t> _threads;
 448
 449         struct ThreadData {
 450                 CoreAudioBackend* engine;
 451                 boost::function<void ()> f;
 452                 size_t stacksize;
 453
 454                 ThreadData (CoreAudioBackend* e, boost::function<void ()> fp, size_t stacksz)
 455                         : engine (e) , f (fp) , stacksize (stacksz) {}
 456         };
 457
 458         /* port engine */
 459         PortHandle add_port (const std::string& shortname, ARDOUR::DataType, ARDOUR::PortFlags);
 460         int register_system_audio_ports ();
 461         void unregister_ports (bool system_only = false);
 462
 463         std::vector<CoreBackendPort *> _ports;
 464         std::vector<CoreBackendPort *> _system_inputs;
 465         std::vector<CoreBackendPort *> _system_outputs;
 466         std::vector<CoreBackendPort *> _system_midi_in;
 467         std::vector<CoreBackendPort *> _system_midi_out;
 468
 469         struct PortConnectData {
 470                 std::string a;
 471                 std::string b;
 472                 bool c;
 473
 474                 PortConnectData (const std::string& a, const std::string& b, bool c)
 475                         : a (a) , b (b) , c (c) {}
 476         };
 477
 478         std::vector<PortConnectData *> _port_connection_queue;
 479         pthread_mutex_t _port_callback_mutex;
 480         bool _port_change_flag;
 481
 482         void port_connect_callback (const std::string& a, const std::string& b, bool conn) {
 483                 pthread_mutex_lock (&_port_callback_mutex);
 484                 _port_connection_queue.push_back(new PortConnectData(a, b, conn));
 485                 pthread_mutex_unlock (&_port_callback_mutex);
 486         }
 487
 488         void port_connect_add_remove_callback () {
 489                 pthread_mutex_lock (&_port_callback_mutex);
 490                 _port_change_flag = true;
 491                 pthread_mutex_unlock (&_port_callback_mutex);
 492         }
 493
 494         bool valid_port (PortHandle port) const {
 495                 return std::find (_ports.begin (), _ports.end (), (CoreBackendPort*)port) != _ports.end ();
 496         }
 497
 498         CoreBackendPort * find_port (const std::string& port_name) const {
 499                 for (std::vector<CoreBackendPort*>::const_iterator it = _ports.begin (); it != _ports.end (); ++it) {
 500                         if ((*it)->name () == port_name) {
 501                                 return *it;
 502                         }
 503                 }
 504                 return NULL;
 505         }
 506
 507         CoreBackendPort * find_port_in (std::vector<CoreBackendPort *> plist, const std::string& port_name) const {
 508                 for (std::vector<CoreBackendPort*>::const_iterator it = plist.begin (); it != plist.end (); ++it) {
 509                         if ((*it)->name () == port_name) {
 510                                 return *it;
 511                         }
 512                 }
 513                 return NULL;
 514         }
 515
 516         void reset_midi_parsers ();
 517
 518 }; // class CoreAudioBackend
 519
 520 } // namespace
 521
 522 #endif /* __libbackend_coreaudio_backend_h__ */