]> Shamusworld >> Repos - apple2/blobdiff - src/sound.cpp
Docs were missing GPLv3. Thanks to schampailler for the heads up. :-)
[apple2] / src / sound.cpp
old mode 100755 (executable)
new mode 100644 (file)
index b708b2d..9ad8f8d
 //
 // Sound Interface
 //
-// by James L. Hammons
-// (C) 2005 Underground Software
+// by James Hammons
+// (C) 2005-2018 Underground Software
 //
-// JLH = James L. Hammons <jlhamm@acm.org>
+// JLH = James Hammons <jlhamm@acm.org>
 //
 // WHO  WHEN        WHAT
-// ---  ----------  ------------------------------------------------------------
+// ---  ----------  -----------------------------------------------------------
 // JLH  12/02/2005  Fixed a problem with sound callback thread signaling the
 //                  main thread
-// JLH  12/03/2005  Fixed sound callback dropping samples when the sample buffer
-//                  is shorter than the callback sample buffer
+// JLH  12/03/2005  Fixed sound callback dropping samples when the sample
+//                  buffer is shorter than the callback sample buffer
 //
 
 // STILL TO DO:
 //
 // - Figure out why it's losing samples (Bard's Tale) [DONE]
+// - Figure out why it's playing too fast [DONE]
 //
 
 #include "sound.h"
 
-#include <string.h>                                                            // For memset, memcpy
-#include <SDL.h>
+#include <string.h>                    // For memset, memcpy
+#include <SDL2/SDL.h>
 #include "log.h"
+#include "mockingboard.h"
 
 
-//#define SAMPLE_RATE                  (44100.0)
-#define SAMPLE_RATE                    (48000.0)
+// Useful defines
+
+//#define DEBUG
+
 #define SAMPLES_PER_FRAME      (SAMPLE_RATE / 60.0)
 #define CYCLES_PER_SAMPLE      (1024000.0 / SAMPLE_RATE)
-#define SOUND_BUFFER_SIZE      (8192)
-//#define AMPLITUDE                    (16)                            // -32 - +32 seems to be plenty loud!
+// 32K ought to be enough for anybody
+#define SOUND_BUFFER_SIZE      (32768)
 
 // Global variables
 
 
 // Local variables
 
-static SDL_AudioSpec desired;
+static SDL_AudioSpec desired, obtained;
+static SDL_AudioDeviceID device;
 static bool soundInitialized = false;
 static bool speakerState = false;
-static uint8 soundBuffer[SOUND_BUFFER_SIZE];
-static uint32 soundBufferPos;
-static uint32 sampleBase;
-static uint64 lastToggleCycles;
-static uint64 samplePosition;
-static SDL_cond * conditional = NULL;
-static SDL_mutex * mutex = NULL;
-static SDL_mutex * mutex2 = NULL;
-static uint8 ampPtr = 5;
-static uint16 amplitude[17] = { 0, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048,
-       4096, 8192, 16384, 32768 };
+static uint16_t soundBuffer[SOUND_BUFFER_SIZE];
+static uint32_t soundBufferPos;
+static uint16_t sample;
+static uint8_t ampPtr = 12;                                            // Start with -2047 - +2047
+static int16_t amplitude[17] = { 0, 1, 2, 3, 7, 15, 31, 63, 127, 255,
+       511, 1023, 2047, 4095, 8191, 16383, 32767 };
 
 // Private function prototypes
 
 static void SDLSoundCallback(void * userdata, Uint8 * buffer, int length);
 
+
+/*
+N.B: We can convert this from the current callback model to a push model by using SDL_QueueAudio(SDL_AudioDeviceID id, const void * data, Uint32 len) where id is the audio device ID, data is a pointer to the sound buffer, and len is the size of the buffer in *bytes* (not samples!).  To use this method, we need to set up things as usual but instead of putting the callback function pointer in desired.callback, we put a NULL there.  The downside is that we can't tell if the buffer is being starved or not, which is why we haven't kicked it to the curb just yet--we want to know why we're still getting buffer starvation even if it's not as frequent as it used to be.  :-/
+You can get the size of the audio already queued with SDL_GetQueuedAudioSize(SDL_AudioDeviceID id), which will return the size of the buffer in bytes (again, *not* samples!).
+*/
 //
 // Initialize the SDL sound system
 //
 void SoundInit(void)
 {
-#if 0
-// To weed out problems for now...
-return;
-#endif
-
-       desired.freq = SAMPLE_RATE;                                     // SDL will do conversion on the fly, if it can't get the exact rate. Nice!
-       desired.format = AUDIO_S8;                                      // This uses the native endian (for portability)...
-//     desired.format = AUDIO_S16SYS;                          // This uses the native endian (for portability)...
+       SDL_zero(desired);
+       desired.freq = SAMPLE_RATE;             // SDL will do conversion on the fly, if it can't get the exact rate. Nice!
+       desired.format = AUDIO_U16SYS;  // This uses the native endian (for portability)...
        desired.channels = 1;
-//     desired.samples = 4096;                                         // Let's try a 4K buffer (can always go lower)
-//     desired.samples = 2048;                                         // Let's try a 2K buffer (can always go lower)
-       desired.samples = 1024;                                         // Let's try a 1K buffer (can always go lower)
+       desired.samples = 512;                  // Let's try a 1/2K buffer
        desired.callback = SDLSoundCallback;
 
-       if (SDL_OpenAudio(&desired, NULL) < 0)          // NULL means SDL guarantees what we want
+       device = SDL_OpenAudioDevice(NULL, 0, &desired, &obtained, 0);
+
+       if (device == 0)
        {
                WriteLog("Sound: Failed to initialize SDL sound.\n");
+               WriteLog("SDL sez: %s\n", SDL_GetError());
                return;
        }
 
-       conditional = SDL_CreateCond();
-       mutex = SDL_CreateMutex();
-       mutex2 = SDL_CreateMutex();// Let's try real signalling...
-       SDL_mutexP(mutex);                                                      // Must lock the mutex for the cond to work properly...
        soundBufferPos = 0;
-       sampleBase = 0;
-       lastToggleCycles = 0;
-       samplePosition = 0;
+       sample = desired.silence;               // ? wilwok ? yes
 
-       SDL_PauseAudio(false);                                          // Start playback!
+       SDL_PauseAudioDevice(device, 0);// Start playback!
        soundInitialized = true;
        WriteLog("Sound: Successfully initialized.\n");
 }
 
+
 //
 // Close down the SDL sound subsystem
 //
@@ -103,261 +99,125 @@ void SoundDone(void)
 {
        if (soundInitialized)
        {
-               SDL_PauseAudio(true);
-               SDL_CloseAudio();
-               SDL_DestroyCond(conditional);
-               SDL_DestroyMutex(mutex);
-               SDL_DestroyMutex(mutex2);
+               SDL_PauseAudioDevice(device, 1);
+               SDL_CloseAudioDevice(device);
                WriteLog("Sound: Done.\n");
        }
 }
 
+
+void SoundPause(void)
+{
+       if (soundInitialized)
+               SDL_PauseAudioDevice(device, 1);
+}
+
+
+void SoundResume(void)
+{
+       if (soundInitialized)
+               SDL_PauseAudioDevice(device, 0);
+}
+
+
 //
 // Sound card callback handler
 //
-static void SDLSoundCallback(void * userdata, Uint8 * buffer, int length)
+static uint32_t sndFrmCnt = 0;
+static uint32_t lastStarve = 0;
+static void SDLSoundCallback(void * /*userdata*/, Uint8 * buffer8, int length8)
 {
-       // The sound buffer should only starve when starting which will cause it to
-       // lag behind the emulation at most by around 1 frame...
-       // (Actually, this should never happen since we fill the buffer beforehand.)
-       // (But, then again, if the sound hasn't been toggled for a while, then this
-       //  makes perfect sense as the buffer won't have been filled at all!)
+sndFrmCnt++;
 
-       // Let's try using a mutex for shared resource consumption...
-       SDL_mutexP(mutex2);
+       // Recast this as a 16-bit type...
+       uint16_t * buffer = (uint16_t *)buffer8;
+       uint32_t length = (uint32_t)length8 / 2;
 
-       if (soundBufferPos < (uint32)length)            // The sound buffer is starved...
+       if (soundBufferPos < length)
        {
-//printf("Sound buffer starved!\n");
-//fflush(stdout);
-               for(uint32 i=0; i<soundBufferPos; i++)
+//WriteLog("*** Sound buffer starved (%d short) *** [%d delta %d]\n", length - soundBufferPos, sndFrmCnt, sndFrmCnt - lastStarve);
+lastStarve = sndFrmCnt;
+#if 1
+               for(uint32_t i=0; i<length; i++)
+                       buffer[i] = desired.silence;
+#else
+               // The sound buffer is starved...
+               for(uint32_t i=0; i<soundBufferPos; i++)
                        buffer[i] = soundBuffer[i];
 
                // Fill buffer with last value
-               memset(buffer + soundBufferPos, (uint8)(speakerState ? amplitude[ampPtr] : -amplitude[ampPtr]), length - soundBufferPos);
-               soundBufferPos = 0;                                             // Reset soundBufferPos to start of buffer...
-               sampleBase = 0;                                                 // & sampleBase...
-//Ick. This should never happen!
-//Actually, this probably happens a lot. (?)
-//             SDL_CondSignal(conditional);                    // Wake up any threads waiting for the buffer to drain...
-//             return;                                                                 // & bail!
+               for(uint32_t i=soundBufferPos; i<length; i++)
+                       buffer[i] = sample;
+
+               // Reset soundBufferPos to start of buffer...
+               soundBufferPos = 0;
+#endif
        }
        else
        {
                // Fill sound buffer with frame buffered sound
-               memcpy(buffer, soundBuffer, length);
+               for(uint32_t i=0; i<length; i++)
+                       buffer[i] = soundBuffer[i];
+
                soundBufferPos -= length;
-               sampleBase -= length;
 
                // Move current buffer down to start
-               for(uint32 i=0; i<soundBufferPos; i++)
+               for(uint32_t i=0; i<soundBufferPos; i++)
                        soundBuffer[i] = soundBuffer[length + i];
        }
-
-       // Update our sample position
-       samplePosition += length;
-       // Free the mutex...
-       SDL_mutexV(mutex2);
-       // Wake up any threads waiting for the buffer to drain...
-       SDL_CondSignal(conditional);
 }
 
-// Need some interface functions here to take care of flipping the
-// waveform at the correct time in the sound stream...
-
-/*
-Maybe set up a buffer 1 frame long (44100 / 60 = 735 bytes per frame)
-
-Hmm. That's smaller than the sound buffer 2048 bytes... (About 2.75 frames needed to fill)
-
-So... I guess what we could do is this:
-
--- Execute V65C02 for one frame. The read/writes at I/O address $C030 fill up the buffer
-   to the current time position.
--- The sound callback function copies the pertinent area out of the buffer, resets
-   the time position back (or copies data down from what it took out)
-*/
-
-void ToggleSpeaker(uint64 elapsedCycles)
-{
-       if (!soundInitialized)
-               return;
 
-       uint64 deltaCycles = elapsedCycles - lastToggleCycles;
-
-#if 0
-if (time > 95085)//(time & 0x80000000)
+//
+// This is called by the main CPU thread every ~21.666 cycles.
+//
+void WriteSampleToBuffer(void)
 {
-       WriteLog("ToggleSpeaker() given bad time value: %08X (%u)!\n", time, time);
-//     fflush(stdout);
-}
-#endif
-
-       // 1.024 MHz / 60 = 17066.6... cycles (23.2199 cycles per sample)
-       // Need the last frame position in order to calculate correctly...
-       // (or do we?)
-
-//     SDL_LockAudio();
-       SDL_mutexP(mutex2);
-//     uint32 currentPos = sampleBase + (uint32)((double)elapsedCycles / CYCLES_PER_SAMPLE);
-       uint32 currentPos = (uint32)((double)deltaCycles / CYCLES_PER_SAMPLE);
-
-/*
-The problem:
-
-     ______ | ______________ | ______
-____|       |                |      |_______
-
-Speaker is toggled, then not toggled for a while. How to find buffer position in the
-last frame?
+//     uint16_t s1 = AYGetSample(0);
+//     uint16_t s2 = AYGetSample(1);
+       uint16_t s1 = mb[0].ay[0].GetSample();
+       uint16_t s2 = mb[0].ay[1].GetSample();
 
-IRQ buffer len is 1024.
-
-Could check current CPU clock, take delta. If delta > 1024, then ...
-
-Could add # of cycles in IRQ to lastToggleCycles, then currentPos will be guaranteed
-to fall within acceptable limits.
-*/
-
-
-       if (currentPos > SOUND_BUFFER_SIZE - 1)
+       // This should almost never happen, but, if it does...
+       while (soundBufferPos >= (SOUND_BUFFER_SIZE - 1))
        {
-#if 0
-WriteLog("ToggleSpeaker() about to go into spinlock at time: %08X (%u) (sampleBase=%u)!\n", time, time, sampleBase);
-#endif
-// Still hanging on this spinlock...
-// That could be because the "time" value is too high and so the buffer will NEVER be
-// empty enough...
-// Now that we're using a conditional, it seems to be working OK--though not perfectly...
-/*
-ToggleSpeaker() about to go into spinlock at time: 00004011 (16401) (sampleBase=3504)!
-16401 -> 706 samples, 3504 + 706 = 4210
-
-And it still thrashed the sound even though it didn't run into a spinlock...
-
-Seems like it's OK now that I've fixed the buffer-less-than-length bug...
-*/
-//             SDL_UnlockAudio();
-//             SDL_CondWait(conditional, mutex);
-//             SDL_LockAudio();
-// Hm.
-SDL_mutexV(mutex2);//Release it so sound thread can get it,
-SDL_CondWait(conditional, mutex);//Sleep/wait for the sound thread
-SDL_mutexP(mutex2);//Re-lock it until we're done with it...
-
-               currentPos = sampleBase + (uint32)((double)elapsedCycles / CYCLES_PER_SAMPLE);
-#if 0
-WriteLog("--> after spinlock (sampleBase=%u)...\n", sampleBase);
-#endif
+//WriteLog("WriteSampleToBuffer(): Waiting for sound thread. soundBufferPos=%i, SOUNDBUFFERSIZE-1=%i\n", soundBufferPos, SOUND_BUFFER_SIZE-1);
+               SDL_Delay(1);
        }
 
-       int8 sample = (speakerState ? amplitude[ampPtr] : -amplitude[ampPtr]);
-
-       while (soundBufferPos < currentPos)
-               soundBuffer[soundBufferPos++] = (uint8)sample;
-
-       // This is done *after* in case the buffer had a long dead spot (I think...)
-       speakerState = !speakerState;
-       SDL_mutexV(mutex2);
-//     SDL_UnlockAudio();
+       SDL_LockAudioDevice(device);
+       soundBuffer[soundBufferPos++] = sample + s1 + s2;
+       SDL_UnlockAudioDevice(device);
 }
 
-void AddToSoundTimeBase(uint32 cycles)
+
+void ToggleSpeaker(void)
 {
        if (!soundInitialized)
                return;
 
-//     SDL_LockAudio();
-       SDL_mutexP(mutex2);
-       sampleBase += (uint32)((double)cycles / CYCLES_PER_SAMPLE);
-       SDL_mutexV(mutex2);
-//     SDL_UnlockAudio();
+       speakerState = !speakerState;
+       sample = (speakerState ? amplitude[ampPtr] : 0);
 }
 
+
 void VolumeUp(void)
 {
-       // Currently set for 8-bit samples
-       if (ampPtr < 8)
+       // Currently set for 16-bit samples
+       if (ampPtr < 16)
                ampPtr++;
 }
 
+
 void VolumeDown(void)
 {
        if (ampPtr > 0)
                ampPtr--;
 }
 
-uint8 GetVolume(void)
+
+uint8_t GetVolume(void)
 {
        return ampPtr;
 }
 
-/*
-HOW IT WORKS
-
-the main thread adds the amount of cpu time elapsed to samplebase. togglespeaker uses
-samplebase + current cpu time to find appropriate spot in buffer. it then fills the
-buffer up to the current time with the old toggle value before flipping it. the sound
-irq takes what it needs from the sound buffer and then adjusts both the buffer and
-samplebase back the appropriate amount.
-
-
-A better way might be as follows:
-
-Keep timestamp array of speaker toggle times. In the sound routine, unpack as many as will
-fit into the given buffer and keep going. Have the toggle function check to see if the
-buffer is full, and if it is, way for a signal from the interrupt that there's room for
-more. Can keep a circular buffer. Also, would need a timestamp buffer on the order of 2096
-samples *in theory* could toggle each sample
-
-Instead of a timestamp, just keep a delta. That way, don't need to deal with wrapping and
-all that (though the timestamp could wrap--need to check into that)
-
-Need to consider corner cases where a sound IRQ happens but no speaker toggle happened.
-
-If (delta > SAMPLES_PER_FRAME) then
-
-Here's the relevant cases:
-
-delta < SAMPLES_PER_FRAME -> Change happened within this time frame, so change buffer
-frame came and went, no change -> fill buffer with last value
-How to detect: Have bool bufferWasTouched = true when ToggleSpeaker() is called.
-Clear bufferWasTouched each frame.
-
-Two major cases here:
-
- o  Buffer is touched on current frame
- o  Buffer is untouched on current frame
-
-In the first case, it doesn't matter too much if the previous frame was touched or not,
-we don't really care except in finding the correct spot in the buffer to put our change
-in. In the second case, we need to tell the IRQ that nothing happened and to continue
-to output the same value.
-
-SO: How to synchronize the regular frame buffer with the IRQ buffer?
-
-What happens:
-  Sound IRQ --> Every 1024 sample period (@ 44.1 KHz = 0.0232s)
-  Emulation --> Render a frame --> 1/60 sec --> 735 samples
-    --> sound buffer is filled
-
-Since the emulation is faster than the SIRQ the sound buffer should fill up
-prior to dumping it to the sound card.
-
-Problem is this: If silence happens for a long time then ToggleSpeaker is never
-called and the sound buffer has stale data; at least until soundBufferPos goes to
-zero and stays there...
-
-BUT this should be handled correctly by toggling the speaker value *after* filling
-the sound buffer...
-
-Still getting random clicks when running...
-(This may be due to the lock/unlock sound happening in ToggleSpeaker()...)
-*/
-
-
-
-
-
-
-