libs/backends/portaudio/portaudio_backend.h

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2014-2015 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_portaudio_backend_h__
  21 #define __libbackend_portaudio_backend_h__
  22
  23 #include <string>
  24 #include <vector>
  25 #include <set>
  26
  27 #include <stdint.h>
  28 #include <pthread.h>
  29
  30 #include <boost/shared_ptr.hpp>
  31
  32 #include "ardour/audio_backend.h"
  33 #include "ardour/dsp_load_calculator.h"
  34 #include "ardour/types.h"
  35
  36 #include "portaudio_io.h"
  37 #include "winmmemidi_io.h"
  38 #include "cycle_timer.h"
  39
  40 namespace ARDOUR {
  41
  42 class PortAudioBackend;
  43
  44 class PortMidiEvent {
  45         public:
  46                 PortMidiEvent (const pframes_t timestamp, const uint8_t* data, size_t size);
  47                 PortMidiEvent (const PortMidiEvent& other);
  48                 size_t size () const { return _size; };
  49                 pframes_t timestamp () const { return _timestamp; };
  50                 const uint8_t* data () const { return _data; };
  51                 bool operator< (const PortMidiEvent &other) const { return timestamp () < other.timestamp (); };
  52         private:
  53                 size_t _size;
  54                 pframes_t _timestamp;
  55                 uint8_t _data[MaxWinMidiEventSize];
  56 };
  57
  58 typedef std::vector<PortMidiEvent> PortMidiBuffer;
  59
  60 class PamPort { // PortAudio / PortMidi Backend Port
  61         protected:
  62                 PamPort (PortAudioBackend &b, const std::string&, PortFlags);
  63         public:
  64                 virtual ~PamPort ();
  65
  66                 const std::string& name () const { return _name; }
  67                 const std::string& pretty_name () const { return _pretty_name; }
  68                 PortFlags flags () const { return _flags; }
  69
  70                 int set_name (const std::string &name) { _name = name; return 0; }
  71                 int set_pretty_name (const std::string& name) { _pretty_name = name; return 0;}
  72
  73                 virtual DataType type () const = 0;
  74
  75                 bool is_input ()     const { return flags () & IsInput; }
  76                 bool is_output ()    const { return flags () & IsOutput; }
  77                 bool is_physical ()  const { return flags () & IsPhysical; }
  78                 bool is_terminal ()  const { return flags () & IsTerminal; }
  79                 bool is_connected () const { return _connections.size () != 0; }
  80                 bool is_connected (const PamPort *port) const;
  81                 bool is_physically_connected () const;
  82
  83                 const std::vector<PamPort *>& get_connections () const { return _connections; }
  84
  85                 int connect (PamPort *port);
  86                 int disconnect (PamPort *port);
  87                 void disconnect_all ();
  88
  89                 virtual void* get_buffer (pframes_t nframes) = 0;
  90
  91                 const LatencyRange latency_range (bool for_playback) const
  92                 {
  93                         return for_playback ? _playback_latency_range : _capture_latency_range;
  94                 }
  95
  96                 void set_latency_range (const LatencyRange &latency_range, bool for_playback)
  97                 {
  98                         if (for_playback)
  99                         {
 100                                 _playback_latency_range = latency_range;
 101                         }
 102                         else
 103                         {
 104                                 _capture_latency_range = latency_range;
 105                         }
 106                 }
 107
 108         private:
 109                 PortAudioBackend &_osx_backend;
 110                 std::string _name;
 111                 std::string _pretty_name;
 112                 const PortFlags _flags;
 113                 LatencyRange _capture_latency_range;
 114                 LatencyRange _playback_latency_range;
 115                 std::vector<PamPort*> _connections;
 116
 117                 void _connect (PamPort* , bool);
 118                 void _disconnect (PamPort* , bool);
 119
 120 }; // class PamPort
 121
 122 class PortAudioPort : public PamPort {
 123         public:
 124                 PortAudioPort (PortAudioBackend &b, const std::string&, PortFlags);
 125                 ~PortAudioPort ();
 126
 127                 DataType type () const { return DataType::AUDIO; };
 128
 129                 Sample* buffer () { return _buffer; }
 130                 const Sample* const_buffer () const { return _buffer; }
 131                 void* get_buffer (pframes_t nframes);
 132
 133         private:
 134                 Sample _buffer[8192];
 135 }; // class PortAudioPort
 136
 137 class PortMidiPort : public PamPort {
 138         public:
 139                 PortMidiPort (PortAudioBackend &b, const std::string&, PortFlags);
 140                 ~PortMidiPort ();
 141
 142                 DataType type () const { return DataType::MIDI; };
 143
 144                 void* get_buffer (pframes_t nframes);
 145                 const PortMidiBuffer * const_buffer () const { return & _buffer[_bufperiod]; }
 146
 147                 void next_period() { if (_n_periods > 1) { get_buffer(0); _bufperiod = (_bufperiod + 1) % _n_periods; } }
 148                 void set_n_periods(int n) { if (n > 0 && n < 3) { _n_periods = n; } }
 149
 150         private:
 151                 PortMidiBuffer _buffer[2];
 152                 int _n_periods;
 153                 int _bufperiod;
 154 }; // class PortMidiPort
 155
 156 class PortAudioBackend : public AudioBackend {
 157         friend class PamPort;
 158         public:
 159                 PortAudioBackend (AudioEngine& e, AudioBackendInfo& info);
 160                 ~PortAudioBackend ();
 161
 162                 /* AUDIOBACKEND API */
 163
 164                 std::string name () const;
 165                 bool is_realtime () const;
 166
 167                 bool requires_driver_selection() const;
 168                 std::string driver_name () const;
 169                 std::vector<std::string> enumerate_drivers () const;
 170                 int set_driver (const std::string&);
 171
 172                 bool can_request_update_devices () { return true; }
 173                 bool update_devices ();
 174
 175                 bool can_use_buffered_io () { return true; }
 176                 void set_use_buffered_io (bool);
 177                 bool get_use_buffered_io () { return _use_blocking_api; }
 178
 179                 bool use_separate_input_and_output_devices () const;
 180                 std::vector<DeviceStatus> enumerate_devices () const;
 181                 std::vector<DeviceStatus> enumerate_input_devices () const;
 182                 std::vector<DeviceStatus> enumerate_output_devices () const;
 183
 184                 std::vector<float> available_sample_rates (const std::string& device) const;
 185                 std::vector<uint32_t> available_buffer_sizes (const std::string& device) const;
 186                 uint32_t available_input_channel_count (const std::string& device) const;
 187                 uint32_t available_output_channel_count (const std::string& device) const;
 188
 189                 bool can_change_sample_rate_when_running () const;
 190                 bool can_change_buffer_size_when_running () const;
 191
 192                 int set_device_name (const std::string&);
 193                 int set_input_device_name (const std::string&);
 194                 int set_output_device_name (const std::string&);
 195                 int set_sample_rate (float);
 196                 int set_buffer_size (uint32_t);
 197                 int set_interleaved (bool yn);
 198                 int set_input_channels (uint32_t);
 199                 int set_output_channels (uint32_t);
 200                 int set_systemic_input_latency (uint32_t);
 201                 int set_systemic_output_latency (uint32_t);
 202                 int set_systemic_midi_input_latency (std::string const, uint32_t);
 203                 int set_systemic_midi_output_latency (std::string const, uint32_t);
 204
 205                 int reset_device () { return 0; };
 206
 207                 /* Retrieving parameters */
 208                 std::string  device_name () const;
 209                 std::string  input_device_name () const;
 210                 std::string  output_device_name () const;
 211                 float        sample_rate () const;
 212                 uint32_t     buffer_size () const;
 213                 bool         interleaved () const;
 214                 uint32_t     input_channels () const;
 215                 uint32_t     output_channels () const;
 216                 uint32_t     systemic_input_latency () const;
 217                 uint32_t     systemic_output_latency () const;
 218                 uint32_t     systemic_midi_input_latency (std::string const) const;
 219                 uint32_t     systemic_midi_output_latency (std::string const) const;
 220
 221                 bool can_set_systemic_midi_latencies () const { return true; }
 222
 223                 /* External control app */
 224                 std::string control_app_name () const;
 225                 void launch_control_app ();
 226
 227                 /* MIDI */
 228                 std::vector<std::string> enumerate_midi_options () const;
 229                 int set_midi_option (const std::string&);
 230                 std::string midi_option () const;
 231
 232                 std::vector<DeviceStatus> enumerate_midi_devices () const;
 233                 int set_midi_device_enabled (std::string const, bool);
 234                 bool midi_device_enabled (std::string const) const;
 235
 236         protected:
 237                 /* State Control */
 238                 int _start (bool for_latency_measurement);
 239         public:
 240                 int stop ();
 241                 int freewheel (bool);
 242                 float dsp_load () const;
 243                 size_t raw_buffer_size (DataType t);
 244
 245                 /* Process time */
 246                 samplepos_t sample_time ();
 247                 samplepos_t sample_time_at_cycle_start ();
 248                 pframes_t samples_since_cycle_start ();
 249
 250                 int create_process_thread (boost::function<void()> func);
 251                 int join_process_threads ();
 252                 bool in_process_thread ();
 253                 uint32_t process_thread_count ();
 254
 255                 void update_latencies ();
 256
 257                 /* PORTENGINE API */
 258
 259                 void* private_handle () const;
 260                 const std::string& my_name () const;
 261                 bool available () const;
 262                 uint32_t port_name_size () const;
 263
 264                 int         set_port_name (PortHandle, const std::string&);
 265                 std::string get_port_name (PortHandle) const;
 266                 PortHandle  get_port_by_name (const std::string&) const;
 267                 int get_port_property (PortHandle, const std::string& key, std::string& value, std::string& type) const;
 268                 int set_port_property (PortHandle, const std::string& key, const std::string& value, const std::string& type);
 269
 270                 int get_ports (const std::string& port_name_pattern, DataType type, PortFlags flags, std::vector<std::string>&) const;
 271
 272                 DataType port_data_type (PortHandle) const;
 273
 274                 PortHandle register_port (const std::string& shortname, ARDOUR::DataType, ARDOUR::PortFlags);
 275                 void unregister_port (PortHandle);
 276
 277                 int  connect (const std::string& src, const std::string& dst);
 278                 int  disconnect (const std::string& src, const std::string& dst);
 279                 int  connect (PortHandle, const std::string&);
 280                 int  disconnect (PortHandle, const std::string&);
 281                 int  disconnect_all (PortHandle);
 282
 283                 bool connected (PortHandle, bool process_callback_safe);
 284                 bool connected_to (PortHandle, const std::string&, bool process_callback_safe);
 285                 bool physically_connected (PortHandle, bool process_callback_safe);
 286                 int  get_connections (PortHandle, std::vector<std::string>&, bool process_callback_safe);
 287
 288                 /* MIDI */
 289                 int midi_event_get (pframes_t& timestamp, size_t& size, uint8_t const** buf, void* port_buffer, uint32_t event_index);
 290                 int midi_event_put (void* port_buffer, pframes_t timestamp, const uint8_t* buffer, size_t size);
 291                 uint32_t get_midi_event_count (void* port_buffer);
 292                 void     midi_clear (void* port_buffer);
 293
 294                 /* Monitoring */
 295
 296                 bool can_monitor_input () const;
 297                 int  request_input_monitoring (PortHandle, bool);
 298                 int  ensure_input_monitoring (PortHandle, bool);
 299                 bool monitoring_input (PortHandle);
 300
 301                 /* Latency management */
 302
 303                 void         set_latency_range (PortHandle, bool for_playback, LatencyRange);
 304                 LatencyRange get_latency_range (PortHandle, bool for_playback);
 305
 306                 /* Discovering physical ports */
 307
 308                 bool      port_is_physical (PortHandle) const;
 309                 void      get_physical_outputs (DataType type, std::vector<std::string>&);
 310                 void      get_physical_inputs (DataType type, std::vector<std::string>&);
 311                 ChanCount n_physical_outputs () const;
 312                 ChanCount n_physical_inputs () const;
 313
 314                 /* Getting access to the data buffer for a port */
 315
 316                 void* get_buffer (PortHandle, pframes_t);
 317
 318                 void* blocking_process_thread ();
 319
 320                 void* freewheel_process_thread ();
 321
 322         private: // Methods
 323                 bool start_blocking_process_thread ();
 324                 bool stop_blocking_process_thread ();
 325                 bool blocking_process_freewheel ();
 326                 bool blocking_process_main (const float* interleaved_input_data,
 327                                             float* interleaved_output_data);
 328
 329                 void process_port_connection_changes ();
 330                 void process_incoming_midi ();
 331                 void process_outgoing_midi ();
 332
 333                 bool engine_halted ();
 334                 bool running ();
 335
 336                 static int portaudio_callback(const void* input,
 337                                           void* output,
 338                                           unsigned long frameCount,
 339                                           const PaStreamCallbackTimeInfo* timeInfo,
 340                                           PaStreamCallbackFlags statusFlags,
 341                                           void* userData);
 342
 343                 bool process_callback(const float* input,
 344                                   float* output,
 345                                   uint32_t sample_count,
 346                                   const PaStreamCallbackTimeInfo* timeInfo,
 347                                   PaStreamCallbackFlags statusFlags);
 348
 349                 bool start_freewheel_process_thread ();
 350                 bool stop_freewheel_process_thread ();
 351
 352                 static bool set_mmcss_pro_audio (HANDLE* task_handle);
 353                 static bool reset_mmcss (HANDLE task_handle);
 354
 355         private:
 356                 std::string _instance_name;
 357                 PortAudioIO *_pcmio;
 358                 WinMMEMidiIO *_midiio;
 359
 360                 bool  _run; /* keep going or stop, ardour thread */
 361                 bool  _active; /* is running, process thread */
 362                 bool  _use_blocking_api;
 363                 bool  _freewheel;
 364                 bool  _freewheeling;
 365                 bool  _freewheel_ack;
 366                 bool  _reinit_thread_callback;
 367                 bool  _measure_latency;
 368
 369                 ARDOUR::DSPLoadCalculator _dsp_calc;
 370
 371                 bool _freewheel_thread_active;
 372
 373                 pthread_mutex_t _freewheel_mutex;
 374                 pthread_cond_t _freewheel_signal;
 375
 376                 uint64_t _cycle_count;
 377                 uint64_t _total_deviation_us;
 378                 uint64_t _max_deviation_us;
 379
 380                 CycleTimer _cycle_timer;
 381                 uint64_t _last_cycle_start;
 382
 383                 static std::vector<std::string> _midi_options;
 384                 static std::vector<AudioBackend::DeviceStatus> _input_audio_device_status;
 385                 static std::vector<AudioBackend::DeviceStatus> _output_audio_device_status;
 386                 static std::vector<AudioBackend::DeviceStatus> _midi_device_status;
 387
 388                 mutable std::string _input_audio_device;
 389                 mutable std::string _output_audio_device;
 390                 std::string _midi_driver_option;
 391
 392                 /* audio settings */
 393                 float  _samplerate;
 394                 size_t _samples_per_period;
 395                 static size_t _max_buffer_size;
 396
 397                 uint32_t _n_inputs;
 398                 uint32_t _n_outputs;
 399
 400                 uint32_t _systemic_audio_input_latency;
 401                 uint32_t _systemic_audio_output_latency;
 402
 403                 MidiDeviceInfo* midi_device_info(const std::string&) const;
 404
 405                 /* portaudio specific  */
 406                 int name_to_id(std::string) const;
 407
 408                 /* processing */
 409                 float  _dsp_load;
 410                 samplecnt_t _processed_samples;
 411
 412                 /* blocking thread */
 413                 pthread_t _main_blocking_thread;
 414
 415                 /* main thread in callback mode(or fw thread when running) */
 416                 pthread_t _main_thread;
 417
 418                 /* freewheel thread in callback mode */
 419                 pthread_t _pthread_freewheel;
 420
 421                 /* process threads */
 422                 static void* portaudio_process_thread (void *);
 423                 std::vector<pthread_t> _threads;
 424
 425                 struct ThreadData {
 426                         PortAudioBackend* engine;
 427                         boost::function<void ()> f;
 428                         size_t stacksize;
 429
 430                         ThreadData (PortAudioBackend* e, boost::function<void ()> fp, size_t stacksz)
 431                                 : engine (e) , f (fp) , stacksize (stacksz) {}
 432                 };
 433
 434                 /* port engine */
 435                 PortHandle add_port (const std::string& shortname, ARDOUR::DataType, ARDOUR::PortFlags);
 436                 int register_system_audio_ports ();
 437                 int register_system_midi_ports ();
 438                 void unregister_ports (bool system_only = false);
 439
 440                 std::vector<PamPort *> _ports;
 441                 std::vector<PamPort *> _system_inputs;
 442                 std::vector<PamPort *> _system_outputs;
 443                 std::vector<PamPort *> _system_midi_in;
 444                 std::vector<PamPort *> _system_midi_out;
 445
 446                 struct PortConnectData {
 447                         std::string a;
 448                         std::string b;
 449                         bool c;
 450
 451                         PortConnectData (const std::string& a, const std::string& b, bool c)
 452                                 : a (a) , b (b) , c (c) {}
 453                 };
 454
 455                 std::vector<PortConnectData *> _port_connection_queue;
 456                 pthread_mutex_t _port_callback_mutex;
 457                 bool _port_change_flag;
 458
 459                 void port_connect_callback (const std::string& a, const std::string& b, bool conn) {
 460                         pthread_mutex_lock (&_port_callback_mutex);
 461                         _port_connection_queue.push_back(new PortConnectData(a, b, conn));
 462                         pthread_mutex_unlock (&_port_callback_mutex);
 463                 }
 464
 465                 void port_connect_add_remove_callback () {
 466                         pthread_mutex_lock (&_port_callback_mutex);
 467                         _port_change_flag = true;
 468                         pthread_mutex_unlock (&_port_callback_mutex);
 469                 }
 470
 471                 bool valid_port (PortHandle port) const {
 472                         return std::find (_ports.begin (), _ports.end (), (PamPort*)port) != _ports.end ();
 473                 }
 474
 475                 PamPort * find_port (const std::string& port_name) const {
 476                         for (std::vector<PamPort*>::const_iterator it = _ports.begin (); it != _ports.end (); ++it) {
 477                                 if ((*it)->name () == port_name) {
 478                                         return *it;
 479                                 }
 480                         }
 481                         return NULL;
 482                 }
 483
 484                 PamPort * find_port_in (std::vector<PamPort *> plist, const std::string& port_name) const {
 485                         for (std::vector<PamPort*>::const_iterator it = plist.begin (); it != plist.end (); ++it) {
 486                                 if ((*it)->name () == port_name) {
 487                                         return *it;
 488                                 }
 489                         }
 490                         return NULL;
 491                 }
 492
 493 }; // class PortAudioBackend
 494
 495 } // namespace
 496
 497 #endif /* __libbackend_portaudio_backend_h__ */