Quelle  amdtp-am824.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
/*
 * AM824 format in Audio and Music Data Transmission Protocol (IEC 61883-6)
 *
 * Copyright (c) Clemens Ladisch <clemens@ladisch.de>
 * Copyright (c) 2015 Takashi Sakamoto <o-takashi@sakamocchi.jp>
 */

#include <linux/slab.h>

#include "amdtp-am824.h"

#define CIP_FMT_AM  0x10

/* "Clock-based rate control mode" is just supported. */
#define AMDTP_FDF_AM824  0x00

/*
 * Nominally 3125 bytes/second, but the MIDI port's clock might be
 * 1% too slow, and the bus clock 100 ppm too fast.
 */
#define MIDI_BYTES_PER_SECOND 3093

/*
 * Several devices look only at the first eight data blocks.
 * In any case, this is more than enough for the MIDI data rate.
 */
#define MAX_MIDI_RX_BLOCKS 8

struct amdtp_am824 {
 struct snd_rawmidi_substream *midi[AM824_MAX_CHANNELS_FOR_MIDI * 8];
 int midi_fifo_limit;
 int midi_fifo_used[AM824_MAX_CHANNELS_FOR_MIDI * 8];
 unsigned int pcm_channels;
 unsigned int midi_ports;

 u8 pcm_positions[AM824_MAX_CHANNELS_FOR_PCM];
 u8 midi_position;
};

/**
 * amdtp_am824_set_parameters - set stream parameters
 * @s: the AMDTP stream to configure
 * @rate: the sample rate
 * @pcm_channels: the number of PCM samples in each data block, to be encoded
 *                as AM824 multi-bit linear audio
 * @midi_ports: the number of MIDI ports (i.e., MPX-MIDI Data Channels)
 * @double_pcm_frames: one data block transfers two PCM frames
 *
 * The parameters must be set before the stream is started, and must not be
 * changed while the stream is running.
 */
int amdtp_am824_set_parameters(struct amdtp_stream *s, unsigned int rate,
          unsigned int pcm_channels,
          unsigned int midi_ports,
          bool double_pcm_frames)
{
 struct amdtp_am824 *p = s->protocol;
 unsigned int midi_channels;
 unsigned int pcm_frame_multiplier;
 int i, err;

 if (amdtp_stream_running(s))
  return -EINVAL;

 if (pcm_channels > AM824_MAX_CHANNELS_FOR_PCM)
  return -EINVAL;

 midi_channels = DIV_ROUND_UP(midi_ports, 8);
 if (midi_channels > AM824_MAX_CHANNELS_FOR_MIDI)
  return -EINVAL;

 if (WARN_ON(amdtp_stream_running(s)) ||
     WARN_ON(pcm_channels > AM824_MAX_CHANNELS_FOR_PCM) ||
     WARN_ON(midi_channels > AM824_MAX_CHANNELS_FOR_MIDI))
  return -EINVAL;

 /*
  * In IEC 61883-6, one data block represents one event. In ALSA, one
  * event equals to one PCM frame. But Dice has a quirk at higher
  * sampling rate to transfer two PCM frames in one data block.
 */
 if (double_pcm_frames)
  pcm_frame_multiplier = 2;
 else
  pcm_frame_multiplier = 1;

 err = amdtp_stream_set_parameters(s, rate, pcm_channels + midi_channels,
       pcm_frame_multiplier);
 if (err < 0)
  return err;

 if (s->direction == AMDTP_OUT_STREAM)
  s->ctx_data.rx.fdf = AMDTP_FDF_AM824 | s->sfc;

 p->pcm_channels = pcm_channels;
 p->midi_ports = midi_ports;

 /* init the position map for PCM and MIDI channels */
 for (i = 0; i < pcm_channels; i++)
  p->pcm_positions[i] = i;
 p->midi_position = p->pcm_channels;

 /*
  * We do not know the actual MIDI FIFO size of most devices.  Just
  * assume two bytes, i.e., one byte can be received over the bus while
  * the previous one is transmitted over MIDI.
  * (The value here is adjusted for midi_ratelimit_per_packet().)
 */
 p->midi_fifo_limit = rate - MIDI_BYTES_PER_SECOND * s->syt_interval + 1;

 return 0;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(amdtp_am824_set_parameters);

/**
 * amdtp_am824_set_pcm_position - set an index of data channel for a channel
 *      of PCM frame
 * @s: the AMDTP stream
 * @index: the index of data channel in an data block
 * @position: the channel of PCM frame
 */
void amdtp_am824_set_pcm_position(struct amdtp_stream *s, unsigned int index,
     unsigned int position)
{
 struct amdtp_am824 *p = s->protocol;

 if (index < p->pcm_channels)
  p->pcm_positions[index] = position;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(amdtp_am824_set_pcm_position);

/**
 * amdtp_am824_set_midi_position - set a index of data channel for MIDI
 *       conformant data channel
 * @s: the AMDTP stream
 * @position: the index of data channel in an data block
 */
void amdtp_am824_set_midi_position(struct amdtp_stream *s,
       unsigned int position)
{
 struct amdtp_am824 *p = s->protocol;

 p->midi_position = position;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(amdtp_am824_set_midi_position);

static void write_pcm_s32(struct amdtp_stream *s, struct snd_pcm_substream *pcm,
     __be32 *buffer, unsigned int frames,
     unsigned int pcm_frames)
{
 struct amdtp_am824 *p = s->protocol;
 unsigned int channels = p->pcm_channels;
 struct snd_pcm_runtime *runtime = pcm->runtime;
 unsigned int pcm_buffer_pointer;
 int remaining_frames;
 const u32 *src;
 int i, c;

 pcm_buffer_pointer = s->pcm_buffer_pointer + pcm_frames;
 pcm_buffer_pointer %= runtime->buffer_size;

 src = (void *)runtime->dma_area +
    frames_to_bytes(runtime, pcm_buffer_pointer);
 remaining_frames = runtime->buffer_size - pcm_buffer_pointer;

 for (i = 0; i < frames; ++i) {
  for (c = 0; c < channels; ++c) {
   buffer[p->pcm_positions[c]] =
     cpu_to_be32((*src >> 8) | 0x40000000);
   src++;
  }
  buffer += s->data_block_quadlets;
  if (--remaining_frames == 0)
   src = (void *)runtime->dma_area;
 }
}

static void read_pcm_s32(struct amdtp_stream *s, struct snd_pcm_substream *pcm,
    __be32 *buffer, unsigned int frames,
    unsigned int pcm_frames)
{
 struct amdtp_am824 *p = s->protocol;
 unsigned int channels = p->pcm_channels;
 struct snd_pcm_runtime *runtime = pcm->runtime;
 unsigned int pcm_buffer_pointer;
 int remaining_frames;
 u32 *dst;
 int i, c;

 pcm_buffer_pointer = s->pcm_buffer_pointer + pcm_frames;
 pcm_buffer_pointer %= runtime->buffer_size;

 dst  = (void *)runtime->dma_area +
    frames_to_bytes(runtime, pcm_buffer_pointer);
 remaining_frames = runtime->buffer_size - pcm_buffer_pointer;

 for (i = 0; i < frames; ++i) {
  for (c = 0; c < channels; ++c) {
   *dst = be32_to_cpu(buffer[p->pcm_positions[c]]) << 8;
   dst++;
  }
  buffer += s->data_block_quadlets;
  if (--remaining_frames == 0)
   dst = (void *)runtime->dma_area;
 }
}

static void write_pcm_silence(struct amdtp_stream *s,
         __be32 *buffer, unsigned int frames)
{
 struct amdtp_am824 *p = s->protocol;
 unsigned int i, c, channels = p->pcm_channels;

 for (i = 0; i < frames; ++i) {
  for (c = 0; c < channels; ++c)
   buffer[p->pcm_positions[c]] = cpu_to_be32(0x40000000);
  buffer += s->data_block_quadlets;
 }
}

/**
 * amdtp_am824_add_pcm_hw_constraints - add hw constraints for PCM substream
 * @s:  the AMDTP stream for AM824 data block, must be initialized.
 * @runtime: the PCM substream runtime
 *
 */
int amdtp_am824_add_pcm_hw_constraints(struct amdtp_stream *s,
           struct snd_pcm_runtime *runtime)
{
 int err;

 err = amdtp_stream_add_pcm_hw_constraints(s, runtime);
 if (err < 0)
  return err;

 /* AM824 in IEC 61883-6 can deliver 24bit data. */
 return snd_pcm_hw_constraint_msbits(runtime, 0, 32, 24);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(amdtp_am824_add_pcm_hw_constraints);

/**
 * amdtp_am824_midi_trigger - start/stop playback/capture with a MIDI device
 * @s: the AMDTP stream
 * @port: index of MIDI port
 * @midi: the MIDI device to be started, or %NULL to stop the current device
 *
 * Call this function on a running isochronous stream to enable the actual
 * transmission of MIDI data.  This function should be called from the MIDI
 * device's .trigger callback.
 */
void amdtp_am824_midi_trigger(struct amdtp_stream *s, unsigned int port,
         struct snd_rawmidi_substream *midi)
{
 struct amdtp_am824 *p = s->protocol;

 if (port < p->midi_ports)
  WRITE_ONCE(p->midi[port], midi);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(amdtp_am824_midi_trigger);

/*
 * To avoid sending MIDI bytes at too high a rate, assume that the receiving
 * device has a FIFO, and track how much it is filled.  This values increases
 * by one whenever we send one byte in a packet, but the FIFO empties at
 * a constant rate independent of our packet rate.  One packet has syt_interval
 * samples, so the number of bytes that empty out of the FIFO, per packet(!),
 * is MIDI_BYTES_PER_SECOND * syt_interval / sample_rate.  To avoid storing
 * fractional values, the values in midi_fifo_used[] are measured in bytes
 * multiplied by the sample rate.
 */
static bool midi_ratelimit_per_packet(struct amdtp_stream *s, unsigned int port)
{
 struct amdtp_am824 *p = s->protocol;
 int used;

 used = p->midi_fifo_used[port];
 if (used == 0) /* common shortcut */
  return true;

 used -= MIDI_BYTES_PER_SECOND * s->syt_interval;
 used = max(used, 0);
 p->midi_fifo_used[port] = used;

 return used < p->midi_fifo_limit;
}

static void midi_rate_use_one_byte(struct amdtp_stream *s, unsigned int port)
{
 struct amdtp_am824 *p = s->protocol;

 p->midi_fifo_used[port] += amdtp_rate_table[s->sfc];
}

static void write_midi_messages(struct amdtp_stream *s, __be32 *buffer,
   unsigned int frames, unsigned int data_block_counter)
{
 struct amdtp_am824 *p = s->protocol;
 unsigned int f, port;
 u8 *b;

 for (f = 0; f < frames; f++) {
  b = (u8 *)&buffer[p->midi_position];

  port = (data_block_counter + f) % 8;
  if (f < MAX_MIDI_RX_BLOCKS &&
      midi_ratelimit_per_packet(s, port) &&
      p->midi[port] != NULL &&
      snd_rawmidi_transmit(p->midi[port], &b[1], 1) == 1) {
   midi_rate_use_one_byte(s, port);
   b[0] = 0x81;
  } else {
   b[0] = 0x80;
   b[1] = 0;
  }
  b[2] = 0;
  b[3] = 0;

  buffer += s->data_block_quadlets;
 }
}

static void read_midi_messages(struct amdtp_stream *s, __be32 *buffer,
   unsigned int frames, unsigned int data_block_counter)
{
 struct amdtp_am824 *p = s->protocol;
 int len;
 u8 *b;
 int f;

 for (f = 0; f < frames; f++) {
  unsigned int port = f;

  if (!(s->flags & CIP_UNALIGHED_DBC))
   port += data_block_counter;
  port %= 8;
  b = (u8 *)&buffer[p->midi_position];

  len = b[0] - 0x80;
  if ((1 <= len) &&  (len <= 3) && (p->midi[port]))
   snd_rawmidi_receive(p->midi[port], b + 1, len);

  buffer += s->data_block_quadlets;
 }
}

static void process_it_ctx_payloads(struct amdtp_stream *s, const struct pkt_desc *desc,
        unsigned int count, struct snd_pcm_substream *pcm)
{
 struct amdtp_am824 *p = s->protocol;
 unsigned int pcm_frames = 0;
 int i;

 for (i = 0; i < count; ++i) {
  __be32 *buf = desc->ctx_payload;
  unsigned int data_blocks = desc->data_blocks;

  if (pcm) {
   write_pcm_s32(s, pcm, buf, data_blocks, pcm_frames);
   pcm_frames += data_blocks * s->pcm_frame_multiplier;
  } else {
   write_pcm_silence(s, buf, data_blocks);
  }

  if (p->midi_ports) {
   write_midi_messages(s, buf, data_blocks,
         desc->data_block_counter);
  }

  desc = amdtp_stream_next_packet_desc(s, desc);
 }
}

static void process_ir_ctx_payloads(struct amdtp_stream *s, const struct pkt_desc *desc,
        unsigned int count, struct snd_pcm_substream *pcm)
{
 struct amdtp_am824 *p = s->protocol;
 unsigned int pcm_frames = 0;
 int i;

 for (i = 0; i < count; ++i) {
  __be32 *buf = desc->ctx_payload;
  unsigned int data_blocks = desc->data_blocks;

  if (pcm) {
   read_pcm_s32(s, pcm, buf, data_blocks, pcm_frames);
   pcm_frames += data_blocks * s->pcm_frame_multiplier;
  }

  if (p->midi_ports) {
   read_midi_messages(s, buf, data_blocks,
        desc->data_block_counter);
  }

  desc = amdtp_stream_next_packet_desc(s, desc);
 }
}

/**
 * amdtp_am824_init - initialize an AMDTP stream structure to handle AM824
 *        data block
 * @s: the AMDTP stream to initialize
 * @unit: the target of the stream
 * @dir: the direction of stream
 * @flags: the details of the streaming protocol consist of cip_flags enumeration-constants.
 */
int amdtp_am824_init(struct amdtp_stream *s, struct fw_unit *unit,
       enum amdtp_stream_direction dir, unsigned int flags)
{
 amdtp_stream_process_ctx_payloads_t process_ctx_payloads;

 if (dir == AMDTP_IN_STREAM)
  process_ctx_payloads = process_ir_ctx_payloads;
 else
  process_ctx_payloads = process_it_ctx_payloads;

 return amdtp_stream_init(s, unit, dir, flags, CIP_FMT_AM,
   process_ctx_payloads, sizeof(struct amdtp_am824));
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(amdtp_am824_init);