wince 音频学习

 解析的Wave 驱动的架构。我们了解一个驱动的时候，先不去看具体跟硬件操作相关的东西，而是从流程入手，把整个流程搞清楚了，调试起来就非常的容易了。我们着重看hwctxt.cpp,hwctxt.H，devctxt.cpp,devctxt.H,strmctxt.cpp,strmctxt.H这几个源文件。其中hwctxt是类HardwareContext代码文件，devctxt是DeviceContext代码文件，strmctxt是StreamContext代码文件。这几个类的其他一些功能，还在其他一些文件中实现，如output.Cpp，midistrm.Cpp等。

      现在我们来看下StreamContext的类图，StreamContext是管理音频流的对象，包括播放、暂停、停止、设置音量、获取播放位置等。从下面的StreamContext的类图中，我们可以看到它派生了WaveStreamContext和MidiStream。然后WaveStreamContext又派生了Input和Output类型的Stream。不用说也可以知道InputStreamContext是针对于像麦克这种输入设备流的。

StreamContext类图

      其中OutputStreamContext派生了六个类，M代表单音道，S代表的是立体音，8/16是8/16比特采样了。 SPDIF（SONY/PHILIPS DIGITAL INTERFACE）是一种最新的音频传输格式，它通过光纤进行数字音频信号传输以取代传统的模拟信号传输方式，因此可以取得更高质量的音质效果。

     StreamContext是一个管理音频数据流的对象，像智能手机中可能存在用media player播放音乐，同时又开着FM，突然又来电。从上篇文章中我们知道，要想调用wave驱动的播放功能，每个应用都有一份StreamContext对象，上面提到的状况，就会有三个StreamContext对象被创建。 在硬件只要一个的条件下，那么这三个StreamContext是如果协同工作的呢？而DeviceContext正是管理StreamContext对象的。

如下是DeviceContext类图：

DeviceContext类图

DeviceContext派生出InputDeviceContext和OutputDeviceContext，他们分别管理InputStreamContext和OutputStreamContext。在DeviceContext内部维护了一个双向链表来管理StreamContext。

HardwareContext是具体操作硬件相关的类，其内部包含InputDeviceContext和OutputDeviceContext对象，下面这种图，就是三个类的关系图，一看就知道他们的对应关系了。

DeivceContext和StreamContext关系图

    对于HardwareContext是具体操作硬件的东西，不具有代码性，只要仔细看看代码就行了。现在我们主要分析下DeviceContext和StreamContext的关系。

DeviceContext的作用是管理StreamContext，可以分为几套函数,见Devctxt.h, Devctxt.cpp

音量增益管理：下面这个函数主要是设置设备的整个音量增益，设置了设备音量增益后，对流音量的增益起了限制做用的。

音量函数如下

 

[cpp]  view plain copy print ?

1. DWORD GetGain();  
2. DWORD SetGain(DWORD dwGain);  
3. DWORD GetDefaultStreamGain();  
4. DWORD SetDefaultStreamGain(DWORD dwGain);  
5. DWORD GetSecondaryGainLimit(DWORD GainClass);  
6. DWORD SetSecondaryGainLimit(DWORD GainClass, DWORD Limit);  

先来讲下设备音量增益(Device Gain)和流音量增益(Stream Gain)的关系。我们从微软Media Player中，很容易就看到了设备音量和流音量的关系。设备音量时通过音量键来控制系统的音量，从而改变整个输出设备的音量的，但是在Media Player中，还是有一个单独的音量控制按钮，它能调节Media Player的音量（不要问我在哪里，自己找)，但是调试它是受限制于系统音量，是如何限制，请看下面讲解。

我们现在看下设置系统音量和设置流音量的整个流程，来了解整个音量控制的过程。用户设置时，会调用waveOutSetVolume

MMRESULT waveOutSetVolume(

  HWAVEOUT hwo,

  DWORD dwVolume

);

当HWAVEOUT传入为空时，设置的就是设备音量，当HWAVEOUT是通过调用waveOutOpen返回的句柄是，设置的就是流音量。

好，我们进入到驱动中区看看，waveOutSetVolume会调用到来看wavemain.Cpp中HandleWaveMessage的WODM_SETVOLUME分支，我在代码中去掉了不重要的部分，可以看得更清晰些。

[cpp]  view plain copy print ?

1. case WODM_SETVOLUME:  
2. {  
3.     StreamContext *pStreamContext;  
4.     pStreamContext = (StreamContext *) dwUser;  
5.   
6.     LONG dwGain = dwParam1;  
7.     if (pStreamContext)  
8.     {  
9.         dwRet = pStreamContext->SetGain(dwGain);  
10.     }  
11.     else  
12.     {  
13.         DeviceContext *pDeviceContext = g_pHWContext->GetOutputDeviceContext(uDeviceId);  
14.         dwRet = pDeviceContext->SetGain(dwGain);  
15.     }  
16. }  

dwUser 指向的是StreamContext对象（在前文中已经讲过），如果pStreamContext为空，那么就调用DeviceContext的SetGain函数，否则调用StreamContext的SetGain函数。调用StreamContext的Gain只对当前的StreamContext的音量起作用，不影响其他的Stream音量。但是对DeviceContext设置音量增益是对DeviceContext管理的所有StreamContext起了控制作用，但是具体是如何影响的，还是根据代码来分析：

在Devctxt.h中的SetGain函数代码如下

[cpp]  view plain copy print ?

1. DWORD SetGain(DWORD dwGain)  
2.     {  
3.         m_dwGain = dwGain;  
4.         RecalcAllGains();  
5.         return MMSYSERR_NOERROR;  
6.     }  

用m_dwGain保存设备音量，然后调用RecalcAllGains来重新计算所有StreamContext的音量增益。

在Devctxt.cpp中的RecalcAllGains的实现如下

[cpp]  view plain copy print ?

1. void DeviceContext::RecalcAllGains()  
2. {  
3.     PLIST_ENTRY pListEntry;  
4.     StreamContext *pStreamContext;  
5.   
6.     for (pListEntry = m_StreamList.Flink;  
7.         pListEntry != &m_StreamList;  
8.         pListEntry = pListEntry->Flink)  
9.     {  
10.         pStreamContext = CONTAINING_RECORD(pListEntry,StreamContext,m_Link);  
11.         pStreamContext->GainChange();  
12.     }  
13.     return;  
14. }  

它便利所有的StreamContext,并调用pStreamContext->GainChange()来改变StreamContext对象的音量。接着看StreamContext类中的GainChange的实现

[cpp]  view plain copy print ?

1. void GainChange()  
2.    {  
3.        m_fxpGain = MapGain(m_dwGain);  
4. }  
5. DWORD StreamContext::MapGain(DWORD Gain)  
6. {  
7.     DWORD TotalGain = Gain & 0xFFFF;  
8.     DWORD SecondaryGain = m_pDeviceContext->GetSecondaryGainLimit(m_SecondaryGainClass) & 0xFFFF;  
9.     if (m_SecondaryGainClass < SECONDARYDEVICEGAINCLASSMAX)  
10.     {  
11.         // Apply device gain   
12.         DWORD DeviceGain = m_pDeviceContext->GetGain() & 0xFFFF;  
13.         TotalGain *= DeviceGain;  
14.         TotalGain += 0xFFFF;  // Round up   
15.         TotalGain >>= 16;     // Shift to lowest 16 bits  
16.     }  
17.   
18.     // Apply secondary gain   
19.     TotalGain *= SecondaryGain;  
20.     TotalGain += 0xFFFF;  // Round up   
21.     TotalGain >>= 16;     // Shift to lowest 16 bits  
22.   
23.     // Special case 0 as totally muted  
24.     if (TotalGain==0)  
25.     {  
26.         return 0;  
27.     }  
28.   
29.     // Convert to index into table  
30.     DWORD Index = 63 - (TotalGain>>10);  
31.     return GainMap[Index];  
32. }  

音量在系统中用一个DWORD值来表示，其高低两个字节分别来表示左右声道，一般情况下左声道和右声道的音量大小是一样的，所以只取其低两个字节，DWORD TotalGain = Gain & 0xFFFF;

TotalGain是DeviceGain和m_dwGain的乘机，然后再左移16位得到的。其实就是TotalGain=DeviceGain*m_dwGain/最高音量，如果把DeviceGain/最高音量，用百分比来算的话，就很更容易理解了，那么最后的公式就变成TotalGain=DeviceGain*系统音量百分比。那么这里就解释了系统音量是如何限制流音量的疑问。

我们设置好音量增益后，最终会再哪里体现呢：首先看一下Output.cpp文件，WaveStreamContext::Render之后的数据就是直接发送到外部声音芯片的数据，他根据参数以及标志位选择OutputStreamContextXXX::Render2，XXX表示双声道S单声道M，bit位是8位还是16位。以双声道OutputStreamContextS16::Render2为例，BSP里面的代码如下：

[cpp]  view plain copy print ?

1. PBYTE OutputStreamContextS16::Render2(PBYTE pBuffer, PBYTE pBufferEnd, PBYTE pBufferLast)  
2. {  
3.     LONG CurrT = m_CurrT;  
4.     LONG DeltaT = m_DeltaT;  
5.     LONG CurrSamp0 = m_CurrSamp[0];  
6.     LONG PrevSamp0 = m_PrevSamp[0];  
7.     PBYTE pCurrData = m_lpCurrData;  
8.     PBYTE pCurrDataEnd = m_lpCurrDataEnd;  
9.     LONG fxpGain = m_fxpGain;  
10.     LONG OutSamp0;  
11.   
12.     __try  
13.     {  
14.         while (pBuffer < pBufferEnd)  
15.         {  
16.             while (CurrT >= 0x100)  
17.             {  
18.                 if (pCurrData>=pCurrDataEnd)  
19.                 {  
20.                     goto Exit;  
21.                 }  
22.                 CurrT -= 0x100;  
23.                 PrevSamp0 = CurrSamp0;  
24.                 PPCM_SAMPLE pSampleSrc = (PPCM_SAMPLE)pCurrData;  
25.                 CurrSamp0 =  (LONG)pSampleSrc->s16.sample_left;  
26.                 CurrSamp0 += (LONG)pSampleSrc->s16.sample_right;  
27.                 CurrSamp0 = CurrSamp0>>1;  
28.                 pCurrData+=4;  
29.             }  
30.             OutSamp0 = PrevSamp0 + (((CurrSamp0 - PrevSamp0) * CurrT) >> 8);  
31.             // 设置增益  
32.             OutSamp0 = (OutSamp0 * fxpGain) >> VOLSHIFT;  
33.             CurrT += DeltaT;  
34.       
35.             if (pBuffer < pBufferLast)  
36.             {  
37.                 OutSamp0 += *(HWSAMPLE *)pBuffer;  
38.             }  
39.             *(HWSAMPLE *)pBuffer = (HWSAMPLE)OutSamp0;  
40.             pBuffer += sizeof(HWSAMPLE);  
41.   
42.         }  
43.     }//end the __try block  
44.     __except (EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER)  
45.     {  
46.         RETAILMSG(1, (TEXT("InputStreamContext::Render2!/r/n")));  
47.         m_lpCurrData = m_lpCurrDataEnd = NULL;    
48.         return NULL;  
49.     }  
50. Exit:  
51.     m_dwByteCount += (pCurrData - m_lpCurrData);  
52.     m_lpCurrData = pCurrData;  
53.     m_CurrT = CurrT;  
54.     m_PrevSamp[0] = PrevSamp0;  
55.     m_CurrSamp[0] = CurrSamp0;  
56.     return pBuffer;  
57.     }  

从上面看到是与采样数据相乘，然后在左移16位。跟上面提到的系统音量影响流音量是一样的。

上面讲了，DeviceContext的音量增益管理，现在来看下它的流管理。

StreamContext流管理：主要来管理StreamContext的创建、删除、渲染、传输等功能。

主要有如下几个函数  

[cpp]  view plain copy print ?

1. StreamContext *CreateStream(LPWAVEOPENDESC lpWOD);  
2. DWORD OpenStream(LPWAVEOPENDESC lpWOD, DWORD dwFlags, StreamContext **ppStreamContext);  
3. HRESULT Open(DeviceContext *pDeviceContext, LPWAVEOPENDESC lpWOD, DWORD dwFlags);  
4. void NewStream(StreamContext *pStreamContext);  
5. void DeleteStream(StreamContext *pStreamContext);  
6. void StreamReadyToRender(StreamContext *pStreamContext);  
7. PBYTE TransferBuffer(PBYTE pBuffer, PBYTE pBufferEnd, DWORD *pNumStreams, BOOL bMuteFlag);  

在DeviceContext中有个m_StreamList的双向链表(LIST_ENTRY), m_StreamList用来指向链表的头。在StreamConext中也存在一个m_Link(LIST_ENTRY)。StreamContext是调用DeviceContext的OpenStream来创建的，然后把StreamContext对象加入到DeviceContext的m_StreamList中。我们从代码中去直接分析：

上层调用waveoutOpen，在wavedev2中会调用WODM_OPEN这个分支。在WODM_OPEN中的代码如下：

[cpp]  view plain copy print ?

1. case WODM_OPEN:  
2. {  
3.     StreamContext *pStreamContext;  
4.     pStreamContext = (StreamContext *) dwUser;  
5.     dwRet = pDeviceContext->OpenStream((LPWAVEOPENDESC)dwParam1, dwParam2, (StreamContext **)pStreamContext);  
6.     break;  
7. }  

OpenStream的其流程图如下

StreamContext 初始化流程

CreateStream是根据WAVEFORMATEX这个结构体，来判断具体要创建StreamContext的哪个派生类，下面是CreateStream的流程图，不可不提，还是流程图清晰。

OutputDeviceContext:: CreateStream流程图

上面讲了上层通过WODM_OPEN创建一个StreamContext的过程，那么音频流被打开之后，接下来就是给StreamContext传入音频数据开始播放音乐。Wavedev2提供了WODM_WRITE来向音频设置写入数据。我们先看下WODM_WRITE分支的代码 

[cpp]  view plain copy print ?

1. case WODM_WRITE:  
2. {  
3.     StreamContext *pStreamContext;  
4.     pStreamContext = (StreamContext *) dwUser;  
5.     dwRet = pStreamContext->QueueBuffer((LPWAVEHDR)dwParam1);  
6.     break;  
7. }  

这里调用了StreamContext中的QueueBuffer，QueueBuffer的作用就是把WAVEHDR中的数据加入到StreamContext的队列中，等待播放。下面是QueueBuffer的流程图

QueueBuffer流程图

在QueueBuffer中调用DeviceContext中的StreamReadyToReander通知可以开始渲染了，流程图中的箭头方向是StreamReadyToReander调用流程，最终调用SetEvent(hOutputIntEvent)，来通知线程数据已经准备好，得到通知后，就开始播放了。该线程在HardwareContext中的OutputInterruptThread函数中

OutputInterruptThread流程如下

 

WinCE平台上的DMA

      CEDDK提供了DMA的相关函数，在CEDDK/DDK_DMA/ddk_dma.c中定义。最有用的就两个函数，HalAllocateCommonBuffer(..)和HalFreeCommonBuffer(..)分别用于为DMA申请和释放内存。

（1）首先介绍一下会用到的DMA适配器结构，在ceddk.h中定义，如下：

typedef struct _DMA_ADAPTER_OBJECT_ 
{ 
      USHORT ObjectSize;               //该结构的大小 
      INTERFACE_TYPE InterfaceType;    //接口类型，一般用做DMA时设置为Internal 
      ULONG BusNumber;                 //一般设置为0 
} DMA_ADAPTER_OBJECT, *PDMA_ADAPTER_OBJECT;

 

（2）DMA内存分配函数：

PVOID HalAllocateCommonBuffer(PDMA_ADAPTER_OBJECT DmaAdapter, ULONG Length, PPHYSICAL_ADDRESS LogicalAddress, BOOLEAN CacheEnabled)

    DmaAdapter：        DMA适配器结构指针

    Length：                 要分配的内存的大小

    LogicalAddress：    分配成功后，内存的物理起始地址

    CacheEnabled：     是否使用Cache

实际上该函数通过调用AllocPhysMem函数来分配一段物理地址连续的内存，这段内存默认是64KB字节对齐的，DMA操作的物理内存必须是连续的。该函数调用成功以后，返回值是虚拟地址，可以在驱动中访问其中的内容，函数的第三个参数返回内存的物理地址，可以赋值给DMA控制器来完成DMA操作。

 

（3）DMA内存释放函数：

VOID HalFreeCommonBuffer(PDMA_ADAPTER_OBJECT DmaAdapter, ULONG Length, PHYSICAL_ADDRESS LogicalAddress, PVOID VirtualAddress, BOOLEAN CacheEnabled)

    DmaAdapter：        DMA适配器结构指针

    Length：                 内存的大小

    LogicalAddress：    内存的物理起始地址

    VirtualAddress：     内存的虚拟地址

    CacheEnabled：      是否使用Cache

该函数通过调用FreePhysMem函数来完成内存的释放，所以在使用该函数的时候，只有函数的第四个参数是必须的，也就是内存的虚拟地址，其他的都可以忽略。

 

（4）下面给个使用上面两个函数的例子：

DMA_ADAPTER_OBJECT dmaAdapter; 
//初始化DMA适配器 
dmaAdapter.ObjectSize = sizeof(dmaAdapter); 
dmaAdapter.InterfaceType = Internal; 
dmaAdapter.BusNumber = 0; 
//分配DMA内存 
m_pDMABuf = (PBYTE)HalAllocateCommonBuffer( &dmaAdapter, 256 * 1024, &m_pDMABufPhys, FALSE );
//将物理地址赋值给DMA控制器 
vm_pDMAreg->DST = (int)m_pDMABufPhys.LowPart;

...

//释放DMA内存 
if( m_pDMABuf != NULL ) 
{ 
     HalFreeCommonBuffer( NULL, 0, 0, m_pDMABuffer, FALSE); 
     m_pDMABuf = NULL; 
}

      在ddk_dma.c中，还可以看到其他很多DMA相关的操作函数。这些DMA函数是用来操作DMA设备的，通过CreateFile来打开DMA设备，然后调用DeviceIoControl函数来访问DMA设备。DMA设备驱动在/WINCE600/PUBLIC/Common/Oak/Drivers/DMA下面，该DMA驱动以流设备驱动的形式实现。

      一般来说，DMA驱动会配合其他设备驱动来完成数据传输，所以很少会被单独作为一个设备来使用，大多数情况我们开发设备驱动时需要用到DMA的时候，会用到上面两个函数来申请和释放内存。

（5）音频驱动中的DMA

      以S3C2440A为例，它的DMA控制器没有内置的DMA存储区域，所以驱动程序必须在内存内为音频设备分配DMA缓冲区。缓冲区设置是否合理非常关键，缓冲区太小容易造成缓冲区溢出，而要填充大的缓冲区，CPU就要一次处理大量的数据，容易造成延迟。

      所以在本驱动中采用双缓冲区来解决这个问题，也就是当CPU在处理某一个缓冲区音频数据的同时，DMA控制器可以完成另一个缓冲区音频数据的传输，如此交替下去，则可以提高系统的并行能力，提高音频处理的实时性。本驱动所采用的DMA1通道和DMA2通道分别设置了两个缓冲区。采用DMA控制器通道1控制录制的音频数据的传输，采用通道2控制播放的音频数据的传输。
      以放音为例，示意图如下：

                  

新的音频数据在CPU的控制下先写到DMA缓冲区A中，此时DMA控制器正在从DMA缓冲区B中迁移音频数据到IIS总线。当缓冲区B的数据全部传输完成之后，DMA控制器产生INT_DMA2中断，该中断通知CPU开始往缓冲区B中写新的音频数据，与此同时DMA控制器从缓冲区A中迁移数据到IIS总线。这样交替循环，由于CPU和DMA控制器没有同时处理同一块缓冲区，就减少了资源访问的冲突，并且能够最大程度上提高音频处理的实时性。
      放音的协作过程：

A，DMA请求，开始播放音乐时，DMA控制器收到IIS的发送请求后，向CPU提出接管总线要求，以便进行下面的DMA数据传输。

B，DMA音频数据传输，DMA控制器得到总线的控制权后，通知IIS控制器DMA应答，这时开始进入DMA数据传输，DMA控制器从输出缓冲区A中取出CPU填充的音频数据到IIS控制器的发送FIFO，当前的DMA传输结束，也即2048个字节的音频数据已通过IIS总线发送到音频编解码器。

C，DMA中断，DMA传输结束后DMA控制器向CPU发出INT_DMA2中断，表示输出缓冲区A的数据已经被迁移到音频编解码器，这时CPU(这之前CPU往输出缓冲区B写入音频数据)转而向输出缓冲区A写入音频数据，而DMA控制器同时从输出缓冲区B中迁移数据到发送的FIFO。CPU和DMA控制器如此交替访问缓冲区，实现音频数据的快速传输。

      录音时DMA的操作类似。

 Devctxt.cpp
 器件关联——包含了音频流的创造，删除，打开，关闭，格式等功能
 
Hwctxt.cpp
 硬件关联——包含了基本的硬件功能在各个状态的全局配置
 
I2citf.cpp
 I2C传输配置
 
I2S.cpp
 I2S传输配置
 
Input.cpp
 负责输入音频流
 
Output.cpp
 负责输出音频流
 
Midinote.cpp
 负责输出MIDI
 
Midistrm.cpp
 负责MIDI的开关以及控制
 
Mixerdrv.cpp
 系统软件混音
 
RTcodecComm.cpp
 Wm8753的所有功能配置，以及初始化设置
 
Strmctxt.cpp
 负责所有音频流的增益，buffer请求等功能以及对Devctxt的控制
 
Wavemain.cpp
 包含了所有的流接口函数