more stuff compiles
[ardour.git] / libs / ardour / ardour / audio_backend.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_audiobackend_h__
21 #define __libardour_audiobackend_h__
22
23 #include <string>
24 #include <vector>
25
26 #include <stdint.h>
27 #include <stdlib.h>
28
29 #include <boost/function.hpp>
30
31 #include "ardour/types.h"
32
33 namespace ARDOUR {
34
35 class AudioEngine;
36 class PortEngine;
37 class PortManager;
38
39 class AudioBackend {
40   public:
41
42     AudioBackend (AudioEngine& e) : engine (e){}
43     virtual ~AudioBackend () {}
44
45     /** Return the name of this backend.
46      *
47      * Should use a well-known, unique term. Expected examples
48      * might include "JACK", "CoreAudio", "ASIO" etc.
49      */
50     virtual std::string name() const = 0;
51
52     /** Return a private, type-free pointer to any data
53      * that might be useful to a concrete implementation
54      */
55     virtual void* private_handle() const = 0;
56
57     /** Return true if the underlying mechanism/API is still available
58      * for us to utilize. return false if some or all of the AudioBackend
59      * API can no longer be effectively used.
60      */
61     virtual bool connected() const = 0;
62
63     /** Return true if the callback from the underlying mechanism/API
64      * (CoreAudio, JACK, ASIO etc.) occurs in a thread subject to realtime
65      * constraints. Return false otherwise.
66     */
67     virtual bool is_realtime () const = 0;
68
69     /* Discovering devices and parameters */
70
71     /** Returns a collection of strings identifying devices known
72      * to this backend. Any of these strings may be used to identify a
73      * device in other calls to the backend, though any of them may become
74      * invalid at any time.
75      */
76     virtual std::vector<std::string> enumerate_devices () const = 0;
77     /** Returns a collection of float identifying sample rates that are
78      * potentially usable with the hardware identified by @param device.
79      * Any of these values may be supplied in other calls to this backend
80      * as the desired sample rate to use with the name device, but the
81      * requested sample rate may turn out to be unavailable, or become invalid
82      * at any time.
83      */
84     virtual std::vector<float> available_sample_rates (const std::string& device) const = 0;
85     /** Returns a collection of uint32 identifying buffer sizes that are
86      * potentially usable with the hardware identified by @param device.
87      * Any of these values may be supplied in other calls to this backend
88      * as the desired buffer size to use with the name device, but the
89      * requested buffer size may turn out to be unavailable, or become invalid
90      * at any time.
91      */
92     virtual std::vector<uint32_t> available_buffer_sizes (const std::string& device) const = 0;
93
94     /** Returns the maximum number of input channels that are potentially
95      * usable with the hardware identified by @param device.  Any number from 1
96      * to the value returned may be supplied in other calls to this backend as
97      * the input channel count to use with the name device, but the requested
98      * count may turn out to be unavailable, or become invalid at any time.
99      */
100     virtual uint32_t available_input_channel_count (const std::string& device) const = 0;
101
102     /** Returns the maximum number of output channels that are potentially
103      * usable with the hardware identified by @param device.  Any number from 1
104      * to the value returned may be supplied in other calls to this backend as
105      * the output channel count to use with the name device, but the requested
106      * count may turn out to be unavailable, or become invalid at any time.
107      */
108     virtual uint32_t available_output_channel_count (const std::string& device) const = 0;
109
110     /* Set the hardware parameters.
111      * 
112      * If called when the current state is stopped or paused,
113      * the changes will not take effect until the state changes to running.
114      *
115      * If called while running, the state will change as fast as the
116      * implementation allows.
117      *
118      * All set_*() methods return zero on success, non-zero otherwise.
119      */
120
121     /** Set the name of the device to be used
122      */
123     virtual int set_device_name (const std::string&) = 0;
124     /** Set the sample rate to be used
125      */
126     virtual int set_sample_rate (float) = 0;
127     /** Set the buffer size to be used.
128      *
129      * The device is assumed to use a double buffering scheme, so that one
130      * buffer's worth of data can be processed by hardware while software works
131      * on the other buffer. All known suitable audio APIs support this model
132      * (though ALSA allows for alternate numbers of buffers, and CoreAudio
133      * doesn't directly expose the concept).
134      */
135     virtual int set_buffer_size (uint32_t) = 0;
136     /** Set the preferred underlying hardware sample format
137      *
138      * This does not change the sample format (32 bit float) read and
139      * written to the device via the Port API.
140      */
141     virtual int set_sample_format (SampleFormat) = 0;
142     /** Set the preferred underlying hardware data layout.
143      * If @param yn is true, then the hardware will interleave
144      * samples for successive channels; otherwise, the hardware will store
145      * samples for a single channel contiguously.
146      * 
147      * Setting this does not change the fact that all data streams
148      * to and from Ports are mono (essentially, non-interleaved)
149      */
150     virtual int set_interleaved (bool yn) = 0;
151     /** Set the number of input channels that should be used
152      */
153     virtual int set_input_channels (uint32_t) = 0;
154     /** Set the number of output channels that should be used
155      */
156     virtual int set_output_channels (uint32_t) = 0;
157     /** Set the (additional) input latency that cannot be determined via 
158      * the implementation's underlying code (e.g. latency from
159      * external D-A/D-A converters. Units are samples.
160      */
161     virtual int set_systemic_input_latency (uint32_t) = 0;
162     /** Set the (additional) output latency that cannot be determined via 
163      * the implementation's underlying code (e.g. latency from
164      * external D-A/D-A converters. Units are samples.
165      */
166     virtual int set_systemic_output_latency (uint32_t) = 0;
167
168     /* Retrieving parameters */
169
170     virtual std::string  device_name () const = 0;
171     virtual float        sample_rate () const = 0;
172     virtual uint32_t     buffer_size () const = 0;
173     virtual SampleFormat sample_format () const = 0;
174     virtual bool         interleaved () const = 0;
175     virtual uint32_t     input_channels () const = 0;
176     virtual uint32_t     output_channels () const = 0;
177     virtual uint32_t     systemic_input_latency () const = 0;
178     virtual uint32_t     systemic_output_latency () const = 0;
179
180     /* Basic state control */
181
182     /** Start using the device named in the most recent call
183      * to set_device(), with the parameters set by various
184      * the most recent calls to set_sample_rate() etc. etc.
185      * 
186      * At some undetermined time after this function is successfully called,
187      * the backend will start calling the ::process_callback() method of
188      * the AudioEngine referenced by @param engine. These calls will
189      * occur in a thread created by and/or under the control of the backend.
190      *
191      * Return zero if successful, negative values otherwise.
192      */
193     virtual int start () = 0;
194
195     /** Stop using the device currently in use. 
196      *
197      * If the function is successfully called, no subsequent calls to the
198      * process_callback() of @param engine will be made after the function
199      * returns, until parameters are reset and start() are called again.
200      * 
201      * The backend is considered to be un-configured after a successful
202      * return, and requires calls to set hardware parameters before it can be
203      * start()-ed again. See pause() for a way to avoid this. stop() should
204      * only be used when reconfiguration is required OR when there are no 
205      * plans to use the backend in the future with a reconfiguration.
206      *
207      * Return zero if successful, 1 if the device is not in use, negative values on error
208      */
209     virtual int stop () = 0;
210
211     /** Temporarily cease using the device named in the most recent call to set_parameters().
212      *
213      * If the function is successfully called, no subsequent calls to the
214      * process_callback() of @param engine will be made after the function
215      * returns, until start() is called again.
216      * 
217      * The backend will retain its existing parameter configuration after a successful
218      * return, and does NOT require any calls to set hardware parameters before it can be
219      * start()-ed again. 
220      *
221      * Return zero if successful, 1 if the device is not in use, negative values on error
222      */
223     virtual int pause () = 0;
224
225     /** While remaining connected to the device, and without changing its
226      * configuration, start (or stop) calling the process_callback() of @param engine
227      * without waiting for the device. Once process_callback() has returned, it
228      * will be called again immediately, thus allowing for faster-than-realtime
229      * processing.
230      *
231      * All registered ports remain in existence and all connections remain
232      * unaltered. However, any physical ports should NOT be used by the
233      * process_callback() during freewheeling - the data behaviour is undefined.
234      *
235      * If @param start_stop is true, begin this behaviour; otherwise cease this
236      * behaviour if it currently occuring, and return to calling
237      * process_callback() of @param engine by waiting for the device.
238      *
239      * Return zero on success, non-zero otherwise.
240      */
241     virtual int freewheel (bool start_stop) = 0;
242
243     /** return the fraction of the time represented by the current buffer
244      * size that is being used for each buffer process cycle, as a value
245      * from 0.0 to 1.0
246      *
247      * E.g. if the buffer size represents 5msec and current processing
248      * takes 1msec, the returned value should be 0.2. 
249      * 
250      * Implementations can feel free to smooth the values returned over
251      * time (e.g. high pass filtering, or its equivalent).
252      */
253     virtual float cpu_load() const  = 0;
254
255     /* Transport Control (JACK is the only audio API that currently offers
256        the concept of shared transport control)
257     */
258     
259     /** Attempt to change the transport state to TransportRolling. 
260      */
261     virtual void transport_start () {}
262     /** Attempt to change the transport state to TransportStopped. 
263      */
264     virtual void transport_stop () {}
265     /** return the current transport state
266      */
267     virtual TransportState transport_state () const { return TransportStopped; }
268     /** Attempt to locate the transport to @param pos
269      */
270     virtual void transport_locate (framepos_t /*pos*/) {}
271     /** Return the current transport location, in samples measured
272      * from the origin (defined by the transport time master)
273      */
274     virtual framepos_t transport_frame() const { return 0; }
275
276     /** If @param yn is true, become the time master for any inter-application transport
277      * timebase, otherwise cease to be the time master for the same.
278      *
279      * Return zero on success, non-zero otherwise
280      * 
281      * JACK is the only currently known audio API with the concept of a shared
282      * transport timebase.
283      */
284     virtual int set_time_master (bool /*yn*/) { return 0; }
285
286     virtual int        usecs_per_cycle () const { return 1000000 * (buffer_size() / sample_rate()); }
287     virtual size_t     raw_buffer_size (DataType t);
288     
289     /* Process time */
290     
291     /** return the time according to the sample clock in use, measured in
292      * samples since an arbitrary zero time in the past. The value should
293      * increase monotonically and linearly, without interruption from any
294      * source (including CPU frequency scaling).
295      *
296      * It is extremely likely that any implementation will use a DLL, since
297      * this function can be called from any thread, at any time, and must be 
298      * able to accurately determine the correct sample time.
299      */
300     virtual pframes_t sample_time () = 0;
301
302     /** return the time according to the sample clock in use when the current 
303      * buffer process cycle began. 
304      * 
305      * Can ONLY be called from within a process() callback tree (which
306      * implies that it can only be called by a process thread)
307      */
308     virtual pframes_t sample_time_at_cycle_start () = 0;
309
310     /** return the time since the current buffer process cycle started,
311      * in samples, according to the sample clock in use.
312      * 
313      * Can ONLY be called from within a process() callback tree (which
314      * implies that it can only be called by a process thread)
315      */
316     virtual pframes_t samples_since_cycle_start () = 0;
317
318     /** return true if it possible to determine the offset in samples of the
319      * first video frame that starts within the current buffer process cycle,
320      * measured from the first sample of the cycle. If returning true,
321      * set @param offset to that offset.
322      *
323      * Eg. if it can be determined that the first video frame within the cycle
324      * starts 28 samples after the first sample of the cycle, then this method
325      * should return true and set @param offset to 28.
326      *
327      * May be impossible to support outside of JACK, which has specific support
328      * (in some cases, hardware support) for this feature.
329      *
330      * Can ONLY be called from within a process() callback tree (which implies
331      * that it can only be called by a process thread)
332      */
333     virtual bool get_sync_offset (pframes_t& /*offset*/) const { return false; }
334
335     /** Create a new thread suitable for running part of the buffer process
336      * cycle (i.e. Realtime scheduling, memory allocation, etc. etc are all
337      * correctly setup), with a stack size given in bytes by specified @param
338      * stacksize. The thread will begin executing @param func, and will exit
339      * when that function returns.
340      */
341     virtual int create_process_thread (boost::function<void()> func, pthread_t*, size_t stacksize) = 0;
342     
343   protected:
344     AudioEngine&          engine;
345 };
346
347 struct AudioBackendInfo {
348     const char* name;
349
350     int (*instantiate) (const std::string& arg1, const std::string& arg2);
351     int (*deinstantiate) (void);
352
353     boost::shared_ptr<AudioBackend> (*backend_factory) (AudioEngine&);
354     boost::shared_ptr<PortEngine> (*portengine_factory) (PortManager&);
355 };
356
357 } // namespace
358
359 #endif /* __libardour_audiobackend_h__ */
360