IOAudioDevice

Каждый драйвер аудио на основе семьи Audio должен иметь один экземпляр пользовательского подкласса IOAudioDevice. Водительское IOAudioDevice объект является центральным, координирующим узлом водительского дерева объектов — «корневой» объект. Все другие объекты в конечном счете зависят от него или содержатся им.

Из-за его состояния как корневой объект, IOAudioDevice объект обычно представляет аудио аппаратные средства. Эта центральная позиция дает ему несколько ролей:

• Это - объект, обычно соответствующий против куска провайдера.

• Это инициализирует устройство, отображая аппаратные ресурсы от куска провайдера, и иначе читает и пишет в регистры устройства по мере необходимости.

• Это создает IOAudioEngine объекты драйвера и могут создать IOAudioControl объекты используются драйвером.

• Это обычно управляет синхронизацией значений между аппаратными средствами управления и связанным программным управлением, связанным с его объектами аудио механизма.

• Это действует как контроллер мощности и влиятельный политик для аудио аппаратных средств; в этой роли это должно реагировать на системный сон, системный след и доменные переходы безделья путем деактивации и повторной активации его аудио механизмов по мере необходимости.

Водительское IOAudioDevice объект выполняет другие функции. Это управляет доступом к аудио аппаратным средствам, чтобы гарантировать в водительской многопоточной среде, что аппаратные средства не входят в противоречивое состояние. К этому концу, IOAudioDevice суперкласс обеспечивает отдельный цикл работы (IOWorkLoop) и логический элемент команды (IOCommandGate) синхронизировать доступ всеми объектами в драйвере. Все другие объекты в драйвере —IOAudioEngine, IOAudioStream, и IOAudioControl— содержите ссылки на IOAudioDeviceцикл работы и команда пропускают как переменные экземпляра. Все классы семьи Audio заботятся о выполнении I/O и связанного с аппаратными средствами кода логического элемента команды для всех вызовов в драйвер, о котором они знают. Обычно драйверы должны гарантировать, что весь I/O и специфичные для аппаратных средств операции выполняются с закрытым логическим элементом команды.

IOAudioDevice также предлагает услуги таймера к драйверу аудио. Эти службы позволяют различным объектам в драйвере получать уведомления, которые, как гарантируют, будут поставлены в требуемом интервале таймера, если не раньше. Различные целевые объекты могут зарегистрироваться для обратных вызовов таймера в определенном интервале; однако, IOAudioDevice делает фактический интервал таймера самым маленьким из тех, которых требуют.

Идея позади этого проекта состоит в том, что нет никакого вреда в том, что синхронизировал события в драйвере аудио, происходят раньше, чем требуемый. Путем объединения интервалов обратного вызова семья Audio устраняет издержки многократных таймеров в единственном драйвере.

В некоторых случаях, однако, это может привести к неожиданному поведению при создании предположений на основе количества времени истекшими, такие как предположение, что аппаратные средства играли определенное число выборок. Необходимо таким образом всегда удостоверяться для тестирования, чтобы удостовериться, что условия являются надлежащими прежде, чем выполнить такие операции.

Ваш драйвер сам может иметь локализованные строки, которые доступны Аудио HAL. Эти строки могут включать такие вещи как имя, производителя, и ввести источники. Выполните процедуру локализации OS X для этих строк, поместив их в названный файл Localizable.strings в специфичных для локали подкаталогах Вашего пакета. Драйверу нужно назвать свойство IOAudioDeviceLocalizedBundleKey, который имеет значение пути пакета или расширения ядра, содержащего локализованные строки, относительно /System/Library/Extensions. Водительское IOAudioDevice объект должен установить это свойство в своей реализации initHardware метод.

IOAudioEngine

Аудио объект механизма представляет и управляет механизмом I/O аудиоустройства. В драйвере аудио объект является экземпляром пользовательского подкласса IOAudioEngine. Аудио механизм имеет две основных роли:

• Сконфигурировать аппаратные средства механизм DMA для передачи аудиоданных (в форме потока демонстрационных кадров) между устройством и демонстрационным буфером на определенной частоте дискретизации. (В отсутствие аппаратных средств механизм DMA аудио механизм может эмулировать эту функциональность в программном обеспечении.)

• Перемещать данные между демонстрационным буфером и буфером соединения после надлежащего преобразования данных к формату, ожидаемому клиентом или аппаратными средствами (в зависимости от направления).

Можно счесть больше информации об этой теме в Аудио Моделью I/O Близко.)

Экземпляр IOAudioStream (описанный в IOAudioStream), представляет и инкапсулирует демонстрационный буфер в драйвере (и буфер соединения для потоков вывода). Каждый IOAudioEngine в драйвере должен создать один или больше IOAudioStream объекты для каждого демонстрационного буфера требуются механизмом I/O. Типичный драйвер имеет, по крайней мере, ввод IOAudioStream и вывод IOAudioStream.

IOAudioEngine объект может также создать объекты регулировки звука (IOAudioControl) требуемый устройством, несмотря на то, что эта задача может быть обработана водительским IOAudioDevice. Во время фазы инициализации драйвер должен добавить все создаваемые IOAudioStream экземпляры и IOAudioControl экземпляры к IOAudioEngine как переменные экземпляра с помощью надлежащего IOAudioEngine методы. Это должно произойти, прежде чем это активируется IOAudioEngine (с activateAudioEngine метод).

В дополнение к упрощению передачи аудиоданных в и из выборки и буферов соединения, IOAudioEngine имеет много функций:

• Это должно остановить и запустить двигатель I/O, когда требуется.

• Когда двигатель I/O запущен, IOAudioEngine объект должен гарантировать, что работает постоянно и, в конце демонстрационного буфера, циклов к началу буфера. Как циклы механизма, IOAudioEngine берет метку времени и постепенно увеличивает количество цикла.

• Это должно обеспечить текущую выборку по требованию.

• Если IOAudioEngine когда формат или уровень изменяются, поддержки многократные потоковые форматы или частоты дискретизации, это должно изменить аппаратные средства соответственно.

IOAudioEngine имеет несколько атрибутов и структур, связанных с ним. Самый важный из них буфер состояния (IOAudioEngineStatus) то, что это совместно использует с Аудио HAL. Этот буфер состояния является структурой что IOAudioEngine должен обновить каждый раз циклы механизма I/O вокруг к запуску демонстрационного буфера. Структура содержит четыре поля, три из которых содержат критические значения:

• Число раз аудио механизм циклично выполнилось к запуску демонстрационного буфера

• Метка времени нового возникновения этого цикличного выполнения

• Текущее расположение стирающей головки (с точки зрения демонстрационного кадра)

Важно что эти поля, особенно поле метки времени, быть максимально точным. Платформа Core Audio (Аудио HAL) использует эту информацию синхронизации для вычисления точной позиции аудио механизма в любое время. Совместно используемый буфер состояния является таким образом основанием для таймера и механизма синхронизации, используемого подсистемой аудио OS X.

Стирающая головка, упомянутая в предыдущем абзаце, является другим атрибутом IOAudioEngine объект. Стирающая головка является конструкцией программного обеспечения, обнуляющей соединение и демонстрационные буферы сразу после того, как демонстрационные кадры игрались в потоке вывода. Это всегда перемещается только позади аудио механизма, чтобы избежать еще стирать не игравшиеся данные. Однако это также должно остаться хорошо перед IOAudioEngine отсечение и подпрограммы преобразования, преобразовывающие аудиоданные в буфере соединения, чтобы гарантировать, что никакие устаревшие данные от предыдущей итерации цикла не смешаны или отсечены.

IOAudioEngine объект выполняет много инициализаций для подстраивания механизма синхронизации, описанного выше. Например, это обеспечивает методы для установки задержки аудио механизма и для варьирования смещения между Аудио HAL и верхней частью I/O аудио механизма.

IOAudioStream

IOAudioStream объект представляет единственный, независимо адресуемый аудиовход или поток вывода (который может включать многократные каналы). Это содержит следующий (как переменные экземпляра):

• Демонстрационный буфер

• Буфер соединения (для потоков вывода)

• Информация о поддерживаемом формате (частота дискретизации, битовая глубина и число каналов)

• Стартовый идентификатор канала

• Число текущих клиентов

• Все IOAudioControl объекты, влияющие на каналы потока

IOAudioStream переменная экземпляра IOAudioEngine объект, создающий его. Когда аудио механизм создает IOAudioStream объект, это должно перечислить все поддерживаемые демонстрационные форматы, а также все поддерживаемые частоты дискретизации для каждого формата. Текущий формат должен быть явно установлен.

Если демонстрационный буфер имеет многократные каналы, каналы обычно чередуются на покадровой основе. Если Ваши аппаратные средства используют отдельные буферы для каждого канала, однако, можно использовать отдельный IOAudioStream экземпляры для различных каналов.

IOAudioStream класс определяет AudioIOFunction введите для обратных вызовов (обычно реализованный владением IOAudioEngine) тот клип и преобразовывает выходные аудиоданные с буфера соединения плавающего на демонстрационный буфер в формате, требуемом аппаратными средствами. Посмотрите Аудио Модель I/O Близко для получения дополнительной информации.

IOAudioStream включает удобные методы то разрешение IOAudioStream объекты, которые будут созданы из и сохранены к OSDictionary объекты.

IOAudioControl

IOAudioControl объект представляет управляемый атрибут аудиоустройства, такого как бесшумный режим, объем, селектор ввода/вывода или основное усиление. Это обычно связывается с определенным каналом в определенном потоке, но может использоваться для управления всеми каналами в IOAudioStream или даже все каналы в IOAudioEngine.

IOAudioControl объекты являются обычно переменными экземпляра владения IOAudioEngine объект. Однако IOAudioControl объекты, связанные с определенным потоком, могут также храниться в соответствующем IOAudioStream объект.

Обычно экземпляр IOAudioEngine подкласс создает IOAudioControl экземпляры, когда это инициализирует аппаратные средства (в initHardware метод). Однако водительское IOAudioDevice объект может быть объектом, создающим необходимое IOAudioControl объекты. В любом случае драйвер должен добавить объекты управления к надлежащему IOAudioEngine использование addDefaultAudioControl метод.

Таким образом IOAudioControl объект связан с IOAudioEngine объект, IOAudioStream объект и канал потока. Все его атрибуты сохранены в Реестре I/O. Это известно как “управление по умолчанию”, потому что Аудио HAL распознает и использует его на основе его атрибутов, обнаруженных через Реестр I/O.

Когда IOAudioEngine (или IOAudioDevice) объект создает IOAudioControl объекты, это должно получить из аудиоустройства стартовый идентификатор канала (целое число) для аудиопотока. Когда драйвер создает первое IOAudioControl для потока это присваивает этот идентификатор канала ему. Когда это создает IOAudioControl объекты для любых других каналов потока (на основе числа каналов потоковые поддержки), это просто постепенно увеличивает ID канала, связанного с управлением.

Для аудиоустройств больше чем с одним аудиопотоком каждый поток должен запуститься в следующем свободном ID вне самого высокого пронумерованного ID, который мог содержать предыдущий поток. Это может быть получено путем добавления максимального количества каналов в любом данном потоковом формате к стартовому ID.

Семья Audio присваивается enum идентификаторы к идентификаторам канала в IOAudioTypes.h; они включают идентификаторы для левых, правильных, центральных, лево-задних, и правильных задних каналов, а также идентификатор для всех каналов.

В дополнение к идентификатору канала семья Audio использует многоуровневую систему классификации (определенный перечислениями в IOAudioTypes.h) идентифицировать IOAudioControl типы:

• Аудио типы: вывод, ввод, микшер, передача и обработка

• Аудио подтипы:

  • Для вывода: внутренний динамик, внешний громкоговоритель, наушники, строка и S/PDIF

  • Для ввода: внутренний микрофон, внешний микрофон, CD, строка и S/PDIF

• Типы управления: уровень и селектор

• Подтипы управления: объем, бесшумный режим, ввод, вывод, синхронизирует службы

• Тип использования: ввод, вывод и передача

Когда Вы создаете IOAudioControl объект, Вы указываете тип управления, подтип управления, тип использования и название канала (в дополнение к идентификатору канала).

Уровень и селекторные типы управления соответствуют подклассам IOAudioControl, описанный в Таблице 2-1.

Некоторые объекты в драйвере аудио — обычно IOAudioDevice объект из-за его центральной роли — должен реализовать то, что известно как “обработчики изменения значения”. Обработчик изменения значения является подпрограммой обратного вызова, соответствующей одному из трех прототипов, определенных в IOAudioControl.h на основе типа имеющего значение (целое число, OSObject, или void * данные). Когда вызвано, обработчик изменения значения должен записать изменение в значении к аудио аппаратным средствам.

Изменения для управления значениями, порождающими с клиентами Аудио HAL — например, пользователь, перемещающий регулятор громкости в строку меню — инициируют длинный ряд действий в Аудио HAL и семья Audio:

1. Аудио HAL проходит через Реестр I/O для определения свойства или свойств, связанных с изменением значения.

2. Через IOAudioEngineUserClient объект, IOAudioControl реализация суперкласса setProperties вызывается.

3. Используя словарь свойств, переданных в setProperties, IOAudioControl определяет местоположение целевого объекта управления и вызовов setValueAction на нем.

4. setValueAction вызовы метода setValue на водительском цикле работы при содержании водительского логического элемента команды.

5. setValue метод сначала вызывает performValueChange, который делает две вещи:

   1. Это вызывает обработчик изменения значения для IOAudioControl (который должен соответствовать надлежащему прототипу функции для обратного вызова).

   2. Это отправляет уведомление об изменении во всех клиентах IOAudioControl (sendValueChangeNotification).

6. Наконец, setValue вызовы updateValue обновить Реестр I/O с новым значением.

То, когда изменение физически внесено в аудио аппаратные средства — например, пользователь поворачивает набор объема на внешнем громкоговорителе — что должно быть сделано, очень сокращено. Когда драйвер обнаруживает изменение значения управления в аппаратных средствах, он просто вызывает hardwareValueChanged на водительском цикле работы. Этот метод обновляет значение в IOAudioControl экземпляр и в Реестре I/O, и затем отправляет уведомление всем заинтересованным клиентам.

Пользовательские клиентские классы

Семья Audio обеспечивает два класса пользователя-клиента, IOAudioEngineUserClient и IOAudioControlUserClient. Семья Audio автоматически инстанцирует объектов каждого класса для каждого IOAudioEngine возразите и каждый IOAudioControl в драйвере. Эти объекты включают коммуникацию аудиоданных и уведомлений между драйвером и Аудио HAL. Вам ничего не придется сделать явно в Вашем коде для создавания пользовательских объектов клиента по умолчанию для, и используемый, драйвер.

Для получения дальнейшей информации посмотрите Пользовательские Объекты клиента.

IOAudioPort

IOAudioPort класс инстанцирует объектов, представляющих логический или физический порт или функциональный блок в аудиоустройстве. IOAudioPort объект представляет элемент в сигнальной цепочке в аудиоустройстве и может содержать один или больше IOAudioControl объекты, через которые различные атрибуты порта могут быть представлены и скорректированы.

IOAudioPort класс осуждается и может в конечном счете быть сделан устаревшим. Класс в настоящее время общедоступен для поддержания совместимости. Писатели драйвера отговорены использовать IOAudioPort объекты в их коде.

Интерполяция

Прежде, чем идти далее, стоит рассмотреть часть теории позади этого проекта. Аудиосистема OS X делает предположение, что аппаратные средства механизм I/O, поскольку это обрабатывает аудиоданные в демонстрационном буфере, продолжаются постоянно на более или менее постоянном уровне. «Более или менее» квалификация важна здесь потому что, в действительности, будут небольшие изменения в этом уровне по различным причинам, таким как недостатки в источниках часов. Таким образом, механизм, которым Аудио HAL постоянно использует метки времени, чтобы вычислить и предсказать время пробуждения для каждого его клиента потоки I/O, можно считать механизмом интерполяции. Это - очень точный прогнозирующий механизм, «сглаживающий» эти небольшие изменения в уровне механизма, создающем в некотором запасе времени так, чтобы не было никакого заметного эффекта на качество звука.

Клиентские Буферы и Процедуры I/O

Как отмечено ранее, каждый клиент Аудио HAL может определить размер его аудио буфера. Нет никаких ограничений, за исключением того, что буфер может быть не более крупным, чем размер аппаратного демонстрационного буфера. По причинам производительности почти все клиенты предпочитают буферные размеры, которые значительно меньше. Буферные размеры обычно являются питанием два. HAL Аудио принимает буферные размеры во внимание его клиентов, когда это вычисляет следующий цикл I/O для тех клиентов.

Каждый клиент Аудио HAL должен также реализовать функцию обратного вызова, соответствующую типу AudioDeviceIOProc. Когда Аудио, HAL будит спящий клиент поток I/O, он вызывает эту функцию, передающую в буферах (ввод и вывод), размеры которого были указаны клиентом. Это находится в этой реализации AudioDeviceIOProc подпрограмма, что клиент дает аудиоданные аппаратным средствам или получает его от аппаратных средств.

Следующий раздел, Обход Через Модель I/O, обсуждает то, что происходит затем подробно.

Потоки вывода

Давайте начнем с потока вывода. Рисунок 2-4 иллюстрирует отношение между буферами Аудио клиенты HAL и буферы драйвера аудио во время выходного цикла. Обратитесь к этой схеме во время следующего обсуждения.

Для каждого из его клиентов Аудио HAL вычисляет интервалы, основывающиеся на накопленных метках времени и количествах цикла, связанных с механизмом I/O, а также клиентскими буферными размерами. HAL Аудио спит потоки I/O его клиентов для этих интервалов, будя каждый поток, когда это - время для клиента, чтобы дать аппаратным средствам его данные. В пробуждении потока это вызывает AudioDeviceIOProc подпрограмма, реализованная клиентом, передающим во многих буферах и метках времени:

• Список входных буферов вместе с меткой времени, указывающей, когда были зарегистрированы данные

• Список буферов вывода вместе с меткой времени, указывающей, когда будут играться данные

• Метка времени, которая будет использоваться для «теперь», а не часы устройства

Метки времени ввода и вывода позволяют клиенту делать различные вычисления, такой как, сколько времени это имеет, прежде чем данные играются. Включение обоих параметров ввода и вывода включает клиентам, которые являются и производителями и потребителями аудиоданных (например, блок регистрации с возможностями воспроизведения) для обработки обоих потоков одновременно. В этом случае клиент сначала берет данные в списке входных буферов прежде, чем заполнить буферы вывода 32-разрядными выборками с плавающей точкой.

Когда клиент возвращается в AudioDeviceIOProc подпрограмма, Аудио, HAL помещает поток I/O для сна до следующего раза данные, требуется от клиента. Аудио HAL дает выборки в буфере вывода к связанному IOAudioEngineUserClient объект, вызывающий надлежащее IOAudioStream объект переместить выборки от клиента буферизует к надлежащим кадрам в буфере соединения механизма. Другие клиенты могут также депонировать данные в тех же расположениях в буфере соединения. Если другой клиент уже депонировал данные в тех кадрах, значения нового клиента с плавающей точкой просто добавляются к существующим значениям.

Клиенты могут внести выходные данные в кадр почти, пока механизм I/O не готов к тем данным. IOAudioEngine объект, содержащий буфер соединения, знает, сколько клиентов это имеет и когда каждый внес его долю данных к любому кадру буфера соединения (для текущего цикла через него). Кроме того, драйвер (через семью Audio) поддерживает «сторожевой» таймер, отслеживающий текущее расположение каждого клиента относительно механизма I/O. Если клиент не обеспечил аудиоданные к тому времени, когда механизму I/O нужны к доступам они, сторожевой таймер запускает и отсекает все в настоящее время смешанные выборки в демонстрационный буфер.

Поскольку некоторое время необходимо для выполнения этой работы клипа, сторожевой таймер фактически запускает короткий срок, прежде чем будут необходимы данные. Возможно, что «покойный» клиент мог попытаться поместить данные в расположение буфера соединения после того, как сторожевой таймер стрелял, но прежде чем механизм I/O обработал данные. Для размещения этой ситуации драйвер копирует и ремиксы и отсекает данные в попытке получить «последние» выборки к механизму I/O своевременно.

Затем, водительская подпрограмма клипа, clipOutputSamples, вызывается. В его реализации этого метода драйвер должен отсечь любые избыточные значения с плавающей точкой под –1.0 и более чем 1,0 — который может произойти, когда многократные клиенты добавляют свои значения к существующим значениям в том же кадре — и затем преобразовывают эти значения в любой формат, требуется аппаратными средствами. Когда clipOutputSamples возвраты, преобразованные значения были записаны в соответствующие расположения в демонстрационном буфере. Механизм DMA захватывает кадры, в то время как он развивается через демонстрационный буфер, и аппаратные средства играют их как звук.

Так как изображение стоит тысячу слов, взаимодействие этих процессов описано на рисунке 2-5.

Erase Heads and Timer Services

Семья Audio включает дальнейшее улучшение в синхронизируемые действия, описанные в предыдущих абзацах. Между механизмом I/O и отсечением и преобразованием, сделанным драйвером, это идет параллельно «стирающие головки» и в соединении и в демонстрационных буферах. Эти стирающие головки просто заполняют нулями соответствующие кадры одновременно. Эта предосторожность сокращает возможность, что любой кадр мог стать загрязненным с оставшимися битами.

Стирающие головки выполняются в отдельном потоке и имеют свой собственный таймер. Они программируются для выполнения четыре раза на демонстрационно-буферный цикл. Они не стирают весь диапазон кадров между текущими расположениями механизма DMA и водительской подпрограммы клипа, предоставляя немного пространства для делания ремикс данных от поздних клиентов.

Таймер стирающей головки выполняется с помощью IOAudioDeviceслужбы таймера. Его интервал, конечно, близко связывается к уровню механизма I/O и меток времени, взятых IOAudioEngine.

Входные потоки

С входными аудиопотоками изображение намного более просто. Нет никакого буфера соединения и нет никаких стирающих головок. Клиенты HAL Аудио являются потребителями данных в этом случае, и не производителями его, таким образом, нет никакой потребности в этих вещах.

Ни один не там никакая потребность в подпрограмме клипа. Драйвер должен преобразовать целочисленные данные, прибывающие от аппаратных средств до 32-разрядной плавающей точки, требуемой Аудио HAL. Но во входном направлении, драйвер имеет возможность соответствовать преобразованным данным в –1.0 к 1,0 максимальным диапазонам с плавающей точкой.

Таким образом, упрощенная последовательность - это: вскоре после того, как механизм I/O пишет входные данные в демонстрационный буфер, драйвер — в его реализации IOAudioEngine метод convertInputSamples— преобразовывает те данные в 32-разрядную плавающую точку. Тогда данные даны, через IOAudioEngineUserClient интерфейс, к каждому Аудио клиент HAL в том клиенте AudioDeviceIOProc подпрограмма обратного вызова.