7ae48c4c46522a14cb5f617a12cecc92273afb55
[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 __ardour_audiobackend_h__
21 #define __ardour_audiobackend_h__
22
23 #include <string>
24 #include <vector>
25
26 #include <stdint.h>
27 #include <stdlib.h>
28
29 namespace ARDOUR {
30
31 class AudioEngine;
32
33 class AudioBackend {
34   public:
35
36     AudioBackend (AudioEngine& e) : engine (e){}
37     virtual ~AudioBackend () {}
38
39     /** Return the name of this backend.
40      *
41      * Should use a well-known, unique term. Expected examples
42      * might include "JACK", "CoreAudio", "ASIO" etc.
43      */
44     virtual std::string name() const = 0;
45
46     /** return true if the underlying mechanism/API is still available
47      * for us to utilize. return false if some or all of the AudioBackend
48      * API can no longer be effectively used.
49      */
50     virtual bool connected() const = 0;
51
52     /** return true if the callback from the underlying mechanism/API
53      * (CoreAudio, JACK, ASIO etc.) occurs in a thread subject to realtime
54      * constraints. Return false otherwise.
55     */
56     virtual bool is_realtime () const = 0;
57
58     /* Discovering devices and parameters */
59
60     /** Returns a collection of strings identifying devices known
61      * to this backend. Any of these strings may be used to identify a
62      * device in other calls to the backend, though any of them may become
63      * invalid at any time.
64      */
65     virtual std::vector<std::string> enumerate_devices () const = 0;
66     /** Returns a collection of float identifying sample rates that are
67      * potentially usable with the hardware identified by @param device.
68      * Any of these values may be supplied in other calls to this backend
69      * as the desired sample rate to use with the name device, but the
70      * requested sample rate may turn out to be unavailable, or become invalid
71      * at any time.
72      */
73     virtual std::vector<float> available_sample_rates (const std::string& device) const = 0;
74     /** Returns a collection of uint32 identifying buffer sizes that are
75      * potentially usable with the hardware identified by @param device.
76      * Any of these values may be supplied in other calls to this backend
77      * as the desired buffer size to use with the name device, but the
78      * requested buffer size may turn out to be unavailable, or become invalid
79      * at any time.
80      */
81     virtual std::vector<uint32_t> available_buffer_sizes (const std::string& device) const = 0;
82
83     /** Returns the maximum number of input channels that are potentially
84      * usable with the hardware identified by @param device.  Any number from 1
85      * to the value returned may be supplied in other calls to this backend as
86      * the input channel count to use with the name device, but the requested
87      * count may turn out to be unavailable, or become invalid at any time.
88      */
89     virtual uint32_t available_input_channel_count (const std::string& device) const = 0;
90
91     /** Returns the maximum number of output channels that are potentially
92      * usable with the hardware identified by @param device.  Any number from 1
93      * to the value returned may be supplied in other calls to this backend as
94      * the output channel count to use with the name device, but the requested
95      * count may turn out to be unavailable, or become invalid at any time.
96      */
97     virtual uint32_t available_output_channel_count (const std::string& device) const = 0;
98
99     enum SampleFormat {
100             Signed16bitInteger,
101             Signed24bitInteger,
102             Signed32bitInteger,
103             FloatingPoint
104     };
105
106     /* Set the hardware parameters.
107      * 
108      * If called when the current state is stopped or paused,
109      * the changes will not take effect until the state changes to running.
110      *
111      * If called while running, the state will change as fast as the
112      * implementation allows.
113      *
114      * All set_*() methods return zero on success, non-zero otherwise.
115      */
116
117     /** Set the name of the device to be used
118      */
119     virtual int set_device_name (const std::string&) = 0;
120     /** Set the sample rate to be used
121      */
122     virtual int set_sample_rate (float) = 0;
123     /** Set the buffer size to be used.
124      *
125      * The device is assumed to use a double buffering scheme, so that one
126      * buffer's worth of data can be processed by hardware while software works
127      * on the other buffer. All known suitable audio APIs support this model
128      * (though ALSA allows for alternate numbers of buffers, and CoreAudio
129      * doesn't directly expose the concept).
130      */
131     virtual int set_buffer_size (uint32_t) = 0;
132     /** Set the preferred underlying hardware sample format
133      *
134      * This does not change the sample format (32 bit float) read and
135      * written to the device via the Port API.
136      */
137     virtual int set_sample_format (SampleFormat) = 0;
138     /** Set the preferred underlying hardware data layout.
139      * If @param yn is true, then the hardware will interleave
140      * samples for successive channels; otherwise, the hardware will store
141      * samples for a single channel contiguously.
142      * 
143      * Setting this does not change the fact that all data streams
144      * to and from Ports are mono (essentially, non-interleaved)
145      */
146     virtual int set_interleaved (bool yn) = 0;
147     /** Set the number of input channels that should be used
148      */
149     virtual int set_input_channels (uint32_t) = 0;
150     /** Set the number of output channels that should be used
151      */
152     virtual int set_output_channels (uint32_t) = 0;
153     /** Set the (additional) input latency that cannot be determined via 
154      * the implementation's underlying code (e.g. latency from
155      * external D-A/D-A converters. Units are samples.
156      */
157     virtual int set_systemic_input_latency (uint32_t) = 0;
158     /** Set the (additional) output latency that cannot be determined via 
159      * the implementation's underlying code (e.g. latency from
160      * external D-A/D-A converters. Units are samples.
161      */
162     virtual int set_systemic_output_latency (uint32_t) = 0;
163
164     virtual std::string  get_device_name () const = 0;
165     virtual float        get_sample_rate () const = 0;
166     virtual uint32_t     get_buffer_size () const = 0;
167     virtual SampleFormat get_sample_format () const = 0;
168     virtual bool         get_interleaved () const = 0;
169     virtual uint32_t     get_input_channels () const = 0;
170     virtual uint32_t     get_output_channels () const = 0;
171     virtual uint32_t     get_systemic_input_latency () const = 0;
172     virtual uint32_t     get_systemic_output_latency () const = 0;
173
174     /* Basic state control */
175
176     /** Start using the device named in the most recent call
177      * to set_device(), with the parameters set by various
178      * the most recent calls to set_sample_rate() etc. etc.
179      * 
180      * At some undetermined time after this function is successfully called,
181      * the backend will start calling the ::process_callback() method of
182      * the AudioEngine referenced by @param engine. These calls will
183      * occur in a thread created by and/or under the control of the backend.
184      *
185      * Return zero if successful, negative values otherwise.
186      */
187     virtual int start () = 0;
188
189     /** Stop using the device currently in use. 
190      *
191      * If the function is successfully called, no subsequent calls to the
192      * process_callback() of @param engine will be made after the function
193      * returns, until parameters are reset and start() are called again.
194      * 
195      * The backend is considered to be un-configured after a successful
196      * return, and requires calls to set hardware parameters before it can be
197      * start()-ed again. See pause() for a way to avoid this. stop() should
198      * only be used when reconfiguration is required OR when there are no 
199      * plans to use the backend in the future with a reconfiguration.
200      *
201      * Return zero if successful, 1 if the device is not in use, negative values on error
202      */
203     virtual int stop () = 0;
204
205     /** Temporarily cease using the device named in the most recent call to set_parameters().
206      *
207      * If the function is successfully called, no subsequent calls to the
208      * process_callback() of @param engine will be made after the function
209      * returns, until start() is called again.
210      * 
211      * The backend will retain its existing parameter configuration after a successful
212      * return, and does NOT require any calls to set hardware parameters before it can be
213      * start()-ed again. 
214      *
215      * Return zero if successful, 1 if the device is not in use, negative values on error
216      */
217     virtual int pause () = 0;
218
219     /** While remaining connected to the device, and without changing its
220      * configuration, start (or stop) calling the process_callback() of @param engine
221      * without waiting for the device. Once process_callback() has returned, it
222      * will be called again immediately, thus allowing for faster-than-realtime
223      * processing.
224      *
225      * All registered ports remain in existence and all connections remain
226      * unaltered. However, any physical ports should NOT be used by the
227      * process_callback() during freewheeling - the data behaviour is undefined.
228      *
229      * If @param start_stop is true, begin this behaviour; otherwise cease this
230      * behaviour if it currently occuring, and return to calling
231      * process_callback() of @param engine by waiting for the device.
232      *
233      * Return zero on success, non-zero otherwise.
234      */
235     virtual int freewheel (bool start_stop) = 0;
236
237     /** return the fraction of the time represented by the current buffer
238      * size that is being used for each buffer process cycle, as a value
239      * from 0.0 to 1.0
240      *
241      * E.g. if the buffer size represents 5msec and current processing
242      * takes 1msec, the returned value should be 0.2. 
243      * 
244      * Implementations can feel free to smooth the values returned over
245      * time (e.g. high pass filtering, or its equivalent).
246      */
247     virtual float get_cpu_load() const  = 0;
248
249     /* Transport Control (JACK is the only audio API that currently offers
250        the concept of shared transport control)
251     */
252     
253     /** Attempt to change the transport state to TransportRolling. 
254      */
255     virtual void transport_start () {}
256     /** Attempt to change the transport state to TransportStopped. 
257      */
258     virtual void transport_stop () {}
259     /** return the current transport state
260      */
261     virtual TransportState transport_state () { return TransportStopped; }
262     /** Attempt to locate the transport to @param pos
263      */
264     virtual void transport_locate (framepos_t /*pos*/) {}
265     /** Return the current transport location, in samples measured
266      * from the origin (defined by the transport time master)
267      */
268     virtual framepos_t transport_frame() { return 0; }
269
270     /** If @param yn is true, become the time master for any inter-application transport
271      * timebase, otherwise cease to be the time master for the same.
272      *
273      * Return zero on success, non-zero otherwise
274      * 
275      * JACK is the only currently known audio API with the concept of a shared
276      * transport timebase.
277      */
278     virtual int set_time_master (bool /*yn*/) { return 0; }
279
280     virtual framecnt_t sample_rate () const;
281     virtual pframes_t  samples_per_cycle () const;
282     virtual int        usecs_per_cycle () const { return 1000000 * (samples_per_cycle() / sample_rate()); }
283     virtual size_t     raw_buffer_size (DataType t);
284     
285     /* Process time */
286     
287     /** return the time according to the sample clock in use, measured in
288      * samples since an arbitrary zero time in the past. The value should
289      * increase monotonically and linearly, without interruption from any
290      * source (including CPU frequency scaling).
291      *
292      * It is extremely likely that any implementation will use a DLL, since
293      * this function can be called from any thread, at any time, and must be 
294      * able to accurately determine the correct sample time.
295      */
296     virtual pframes_t sample_time () = 0;
297
298     /** return the time according to the sample clock in use when the current 
299      * buffer process cycle began. 
300      * 
301      * Can ONLY be called from within a process() callback tree (which
302      * implies that it can only be called by a process thread)
303      */
304     virtual pframes_t sample_time_at_cycle_start () = 0;
305
306     /** return the time since the current buffer process cycle started,
307      * in samples, according to the sample clock in use.
308      * 
309      * Can ONLY be called from within a process() callback tree (which
310      * implies that it can only be called by a process thread)
311      */
312     virtual pframes_t samples_since_cycle_start () = 0;
313
314     /** return true if it possible to determine the offset in samples of the
315      * first video frame that starts within the current buffer process cycle,
316      * measured from the first sample of the cycle. If returning true,
317      * set @param offset to that offset.
318      *
319      * Eg. if it can be determined that the first video frame within the cycle
320      * starts 28 samples after the first sample of the cycle, then this method
321      * should return true and set @param offset to 28.
322      *
323      * May be impossible to support outside of JACK, which has specific support
324      * (in some cases, hardware support) for this feature.
325      *
326      * Can ONLY be called from within a process() callback tree (which implies
327      * that it can only be called by a process thread)
328      */
329     virtual bool get_sync_offset (pframes_t& /*offset*/) const { return false; }
330
331     /** Create a new thread suitable for running part of the buffer process
332      * cycle (i.e. Realtime scheduling, memory allocation, etc. etc are all
333      * correctly setup), with a stack size given in bytes by specified @param
334      * stacksize. The thread will begin executing @param func, and will exit
335      * when that function returns.
336      */
337     virtual int create_process_thread (boost::function<void()> func, pthread_t*, size_t stacksize) = 0;
338     
339   private:
340     AudioEngine&          engine;
341 };
342
343 }
344
345 #endif /* __ardour_audiobackend_h__ */
346