make 3.0 catch up with transport and other changes in 2.X (hand applied, not merged)
[ardour.git] / libs / ardour / ardour / slave.h
index 9ec064445a7f8eb0766f897bef52efcbb2c89c04..0f005d6f1b71f8d764dfbe5c244faaa9c5b46fd2 100644 (file)
 #include <jack/jack.h>
 
 #include <sigc++/signal.h>
-#include <ardour/ardour.h>
-#include <midi++/parser.h>
-#include <midi++/types.h>
+#include "ardour/types.h"
+#include "midi++/parser.h"
+#include "midi++/types.h"
 
 namespace MIDI {
        class Port;
 }
 
 namespace ARDOUR {
+
+class TempoMap;
 class Session;
 
+/**
+ * @class Slave
+ *
+ * @brief The Slave interface can be used to sync ARDOURs tempo to an external source
+ * like MTC, MIDI Clock, etc.
+ *
+ * The name of the interface may be a bit misleading: A subclass of Slave actually
+ * acts as a time master for ARDOUR, that means ARDOUR will try to follow the
+ * speed and transport position of the implementation of Slave.
+ * Therefore it is rather that class, that makes ARDOUR a slave by connecting it
+ * to its external time master.
+ */
 class Slave {
   public:
        Slave() { }
        virtual ~Slave() {}
 
-       virtual bool speed_and_position (float&, nframes_t&) = 0;
+       /**
+        * This is the most important function to implement:
+        * Each process cycle, Session::follow_slave will call this method.
+        *  and after the method call they should
+        *
+        * Session::follow_slave will then try to follow the given
+        * <emph>position</emph> using a delay locked loop (DLL),
+        * starting with the first given transport speed.
+        * If the values of speed and position contradict each other,
+        * ARDOUR will always follow the position and disregard the speed.
+        * Although, a correct speed is important so that ARDOUR
+        * can sync to the master time source quickly.
+        *
+        * For background information on delay locked loops,
+        * see http://www.kokkinizita.net/papers/usingdll.pdf
+        *
+        * The method has the following precondition:
+        * <ul>
+        *   <li>
+        *       Slave::ok() should return true, otherwise playback will stop
+        *       immediately and the method will not be called
+        *   </li>
+        *   <li>
+        *     when the references speed and position are passed into the Slave
+        *     they are uninitialized
+        *   </li>
+        * </ul>
+        *
+        * After the method call the following postconditions should be met:
+        * <ul>
+        *    <li>
+        *       The first position value on transport start should be 0,
+        *       otherwise ARDOUR will try to locate to the new position
+        *       rather than move to it
+        *    </li>
+        *    <li>
+        *      the references speed and position should be assigned
+        *      to the Slaves current requested transport speed
+        *      and transport position.
+        *    </li>
+        *   <li>
+        *     Slave::resolution() should be greater than the maximum distance of
+        *     ARDOURs transport position to the slaves requested transport position.
+        *   </li>
+        *   <li>Slave::locked() should return true, otherwise Session::no_roll will be called</li>
+        *   <li>Slave::starting() should be false, otherwise the transport will not move until it becomes true</li>     *
+        * </ul>
+        *
+        * @param speed - The transport speed requested
+        * @param position - The transport position requested
+        * @return - The return value is currently ignored (see Session::follow_slave)
+        */
+       virtual bool speed_and_position (double& speed, nframes_t& position) = 0;
+
+       /**
+        * reports to ARDOUR whether the Slave is currently synced to its external
+        * time source.
+        *
+        * @return - when returning false, the transport will stop rolling
+        */
        virtual bool locked() const = 0;
+
+       /**
+        * reports to ARDOUR whether the slave is in a sane state
+        *
+        * @return - when returning false, the transport will be stopped and the slave
+        * disconnected from ARDOUR.
+        */
        virtual bool ok() const = 0;
+
+       /**
+        * reports to ARDOUR whether the slave is in the process of starting
+        * to roll
+        *
+        * @return - when returning false, transport will not move until this method returns true
+        */
        virtual bool starting() const { return false; }
+
+       /**
+        * @return - the timing resolution of the Slave - If the distance of ARDOURs transport
+        * to the slave becomes greater than the resolution, sound will stop
+        */
        virtual nframes_t resolution() const = 0;
+
+       /**
+        * @return - when returning true, ARDOUR will wait for one second before transport
+        * starts rolling
+        */
        virtual bool requires_seekahead () const = 0;
+
+       /**
+        * @return - when returning true, ARDOUR will use transport speed 1.0 no matter what
+        *           the slave returns
+        */
        virtual bool is_always_synced() const { return false; }
+
+       /**
+        * @return - whether ARDOUR should use the slave speed without any adjustments
+        */
+       virtual bool give_slave_full_control_over_transport_speed() const { return false; }
+};
+
+/// We need this wrapper for testability, it's just too hard to mock up a session class
+class ISlaveSessionProxy {
+  public:
+       virtual TempoMap& tempo_map()                 const   { return *((TempoMap *) 0); }
+       virtual nframes_t frame_rate()                const   { return 0; }
+       virtual nframes_t audible_frame ()            const   { return 0; }
+       virtual nframes_t transport_frame ()          const   { return 0; }
+       virtual nframes_t frames_since_cycle_start () const   { return 0; }
+       virtual nframes_t frame_time ()               const   { return 0; }
+
+       virtual void request_locate (nframes_t /*frame*/, bool with_roll = false) {
+               (void) with_roll;
+       }
+       virtual void request_transport_speed (double /*speed*/)                   {}
+};
+
+
+/// The Session Proxy for use in real Ardour
+class SlaveSessionProxy : public ISlaveSessionProxy {
+       Session&    session;
+
+  public:
+       SlaveSessionProxy(Session &s) : session(s) {}
+
+       TempoMap& tempo_map()                 const;
+       nframes_t frame_rate()                const;
+       nframes_t audible_frame ()            const;
+       nframes_t transport_frame ()          const;
+       nframes_t frames_since_cycle_start () const;
+       nframes_t frame_time ()               const;
+
+       void request_locate (nframes_t frame, bool with_roll = false);
+       void request_transport_speed (double speed);
 };
 
 struct SafeTime {
@@ -56,11 +198,11 @@ struct SafeTime {
     nframes_t   timestamp;
     int guard2;
 
-    SafeTime() {
-           guard1 = 0;
-           guard2 = 0;
-           timestamp = 0;
-    }
+       SafeTime() {
+               guard1 = 0;
+               guard2 = 0;
+               timestamp = 0;
+       }
 };
 
 class MTC_Slave : public Slave, public sigc::trackable {
@@ -69,7 +211,7 @@ class MTC_Slave : public Slave, public sigc::trackable {
        ~MTC_Slave ();
 
        void rebind (MIDI::Port&);
-       bool speed_and_position (float&, nframes_t&);
+       bool speed_and_position (double&, nframes_t&);
 
        bool locked() const;
        bool ok() const;
@@ -87,13 +229,14 @@ class MTC_Slave : public Slave, public sigc::trackable {
        SafeTime    current;
        nframes_t   mtc_frame;               /* current time */
        nframes_t   last_inbound_frame;      /* when we got it; audio clocked */
+       MIDI::byte  last_mtc_fps_byte;
 
-       float       mtc_speed;
+       double      mtc_speed;
        nframes_t   first_mtc_frame;
        nframes_t   first_mtc_time;
 
        static const int32_t accumulator_size = 128;
-       float   accumulator[accumulator_size];
+       double   accumulator[accumulator_size];
        int32_t accumulator_index;
        bool    have_first_accumulated_speed;
 
@@ -107,46 +250,85 @@ class MTC_Slave : public Slave, public sigc::trackable {
 class MIDIClock_Slave : public Slave, public sigc::trackable {
   public:
        MIDIClock_Slave (Session&, MIDI::Port&, int ppqn = 24);
+
+       /// Constructor for unit tests
+       MIDIClock_Slave (ISlaveSessionProxy* session_proxy, int ppqn = 24);
        ~MIDIClock_Slave ();
 
        void rebind (MIDI::Port&);
-       bool speed_and_position (float&, nframes_t&);
+       bool speed_and_position (double&, nframes_t&);
 
        bool locked() const;
        bool ok() const;
-       bool starting() const { return _starting; }
+       bool starting() const;
 
        nframes_t resolution() const;
-       bool requires_seekahead () const { return true; }
+       bool requires_seekahead () const { return false; }
+       bool give_slave_full_control_over_transport_speed() const { return true; }
+
+       void set_bandwidth (double a_bandwith) { bandwidth = a_bandwith; }
 
   private:
-       Session&    session;
+       ISlaveSessionProxy* session;
        MIDI::Port* port;
        std::vector<sigc::connection> connections;
 
+       /// pulses per quarter note for one MIDI clock frame (default 24)
        int         ppqn;
+
+       /// the duration of one ppqn in frame time
        double      one_ppqn_in_frames;
 
-       SafeTime    current;
-       nframes_t   midi_clock_frame;               /* current time */
-       nframes_t   last_inbound_frame;             /* when we got it; audio clocked */
+       /// the timestamp of the first MIDI clock message
+       nframes_t   first_timestamp;
 
-       float       midi_clock_speed;
-       nframes_t   first_midi_clock_frame;
-       nframes_t   first_midi_clock_time;
+       /// the time stamp and should-be transport position of the last inbound MIDI clock message
+       nframes_t   last_timestamp;
+       double      should_be_position;
 
-       static const int32_t accumulator_size = 128;
-       float   accumulator[accumulator_size];
-       int32_t accumulator_index;
-       bool    have_first_accumulated_speed;
+       /// the number of midi clock messages received (zero-based)
+       /// since start
+       long midi_clock_count;
+
+       //the delay locked loop (DLL), see www.kokkinizita.net/papers/usingdll.pdf
+
+       /// time at the beginning of the MIDI clock frame
+       double t0;
+
+       /// calculated end of the MIDI clock frame
+       double t1;
+
+       /// loop error = real value - expected value
+       double e;
+
+       /// second order loop error
+       double e2;
+
+       /// DLL filter bandwidth
+       double bandwidth;
+
+       /// DLL filter coefficients
+       double b, c, omega;
 
        void reset ();
-       void start (MIDI::Parser& parser);
-       void stop (MIDI::Parser& parser);
-       void update_midi_clock (MIDI::Parser& parser);
+       void start (MIDI::Parser& parser, nframes_t timestamp);
+       void contineu (MIDI::Parser& parser, nframes_t timestamp);
+       void stop (MIDI::Parser& parser, nframes_t timestamp);
+       void position (MIDI::Parser& parser, MIDI::byte* message, size_t size);
+       // we can't use continue because it is a C++ keyword
+       void calculate_one_ppqn_in_frames_at(nframes_t time);
+       nframes_t calculate_song_position(uint16_t song_position_in_sixteenth_notes);
+       void calculate_filter_coefficients();
+       void update_midi_clock (MIDI::Parser& parser, nframes_t timestamp);
        void read_current (SafeTime *) const;
-       bool _starting;
+       bool stop_if_no_more_clock_events(nframes_t& pos, nframes_t now);
+
+       /// whether transport should be rolling
        bool _started;
+
+       /// is true if the MIDI Start message has just been received until
+       /// the first MIDI Clock Event
+       bool _starting;
 };
 
 class ADAT_Slave : public Slave
@@ -155,7 +337,7 @@ class ADAT_Slave : public Slave
        ADAT_Slave () {}
        ~ADAT_Slave () {}
 
-       bool speed_and_position (float& speed, nframes_t& pos) {
+       bool speed_and_position (double& speed, nframes_t& pos) {
                speed = 0;
                pos = 0;
                return false;
@@ -173,7 +355,7 @@ class JACK_Slave : public Slave
        JACK_Slave (jack_client_t*);
        ~JACK_Slave ();
 
-       bool speed_and_position (float& speed, nframes_t& pos);
+       bool speed_and_position (double& speed, nframes_t& pos);
 
        bool starting() const { return _starting; }
        bool locked() const;
@@ -185,7 +367,7 @@ class JACK_Slave : public Slave
 
   private:
        jack_client_t* jack;
-       float speed;
+       double speed;
        bool _starting;
 };