Программирование Sound Blaster в защищенном режиме процессора
- Немного истории
- Использование DMA для записи и воспроизведения звука
- Формат WAV-файла
- Пример программы
Немного истории
Когда разработчики компании Intel создавали первый 16-разрядный процессор I8086, они, скорее всего, рассматривали его как переходную модель от 8- к 16-разрядным процессорам и не могли даже предположить, что он станет образцом, совместимость с которым будут вынуждены поддерживать как сама компания Intel в дальнейших разработках, так и большинство ее конкурентов. В отличие от своего 8-разрядного предшественника I8080, у которого была 16-разрядная шина адреса, новый процессор имел два режима адресации: 16-разрядный - для обеспечения совместимости с программами, написанными для I8080, и 32-разрядный. Однако последний был не линейным, а сегментированным, в результате чего полный физический адрес состоял только из 20 разрядов.
Переход от 64-Кбайт к 1-Мбайт адресному пространству казался тогда огромным шагом вперед. Возможно даже, этот процессор несколько опередил свое время, по крайней мере вскоре Intel вынуждена была сделать маленький шаг назад и выпустить модификацию этого процессора, продолжающую оставаться 16-разрядной внутри, но имеющую 8-разрядную внешнюю шину. Новинка, получившая название I8088, была выбрана фирмой IBM, до того момента выпускавшей только большие ЭВМ, для ее первого ПК. Немаловажную роль в выборе именно этого процессора сыграло наличие 8-разрядной шины, позволявшей использовать в конструкции компьютера дешевые 8-разрядные устройства, разработанные для I8080. Применение контроллера прямого доступа к памяти (DMAC - Direct Memory Access Controller), относящегося к этой категории устройств, сразу ограничило максимальный размер передаваемого им единого блока информации 64 Кбайт. Кроме того, фирма IBM решила сэкономить на специальном дешифраторе адреса для DMAC и, отказавшись от применения сегментированной модели памяти для этого устройства, подключила его адресные выходы к младшим разрядам 20-разрядной адресной шины напрямую, а для задания старшей части адреса использовала 4-разрядный внешний порт, в результате чего оказалась невозможной пересылка данных через границу сегмента размером 64Кбайт. Компромиссные решения, принятые Intel и IBM, неожиданно стали промышленным стандартом, а со всеми недостатками когда-то выбранной архитектуры сегодня приходится бороться программистам.
Использование DMA для записи и воспроизведения звука
Первоначально при разработке DMAC предполагалось, что одним из основных его назначений будет более быстрая, чем у процессора, скорость пересылки данных из одной области памяти в другую. В случае с процессором I8080 так и было, но у семейства I8086/88 появились новые команды работы со строками, в результате чего такое использование DMAC оказалось нецелесообразным. С этого времени контроллер прямого доступа к памяти обычно применяется только для передачи данных между памятью и некоторыми периферийными устройствами. К стандартным устройствам такого типа можно отнести контроллер гибких дисков, а к нестандартным (не поддерживаемым на уровне BIOS) - звуковые платы, сканеры, стримеры etc. Причем если программы для сканеров и стримеров пишут в основном разработчики этих устройств, то программировать звуковые платы сегодня вынуждены многие программисты.
Стандартом de facto среди звуковых плат для ПК стала наиболее распространенная - Sound Blaster фирмы Creative Labs. На ее примере мы и рассмотрим способы программирования звуковых плат. Считывать звуковые данные с платы или воспроизводить их можно и без применения DMAC, работая только с eе портами, но при этом процессор будет полностью загружен и не сможет выполнять другую работу. Кроме того, объем записываемых или воспроизводимых данных ограничен объемом доступной процессору оперативной памяти, поэтому такой способ не получил широкого распространения. Обычно компьютер одновременно с воспроизведением звука должен выполнять и другую работу, зачастую более ресурсоемкую. Тогда без DMAC не обойтись.
В реальном режиме работы процессора для вывода звука через контроллер прямого доступа к памяти на звуковую плату необходимо выделить память для звуковых данных, запрограммировать эту плату и DMAC, а также переопределить прерывание. Процессор после этого может заниматься другой работой до наступления аппаратного прерывания, генерируемого звуковой платой по окончании звуковой последовательности. Затем процессор должен снабдить пару DMAC-звуковая плата очередной порцией данных. При этом программисту необходимо позаботиться о том, чтобы выделенный буфер, содержащий звуковую последовательность, не пересекал границу сегмента размером 64 Кбайт, а также требуется преобразовать 32-разрядный сегментированный адрес в 20-разрядный несегментированный.
В защищенном режиме работы процессора последовательность действий в общем такая же, но из-за того, что процессор работает с дескрипторами вместо сегментов, в то время как DMAC продолжает работать с физической адресацией памяти, код программы должен несколько отличаться от кода программы, работающей в реальном режиме. При выделении памяти для буфера, содержащего звуковую последовательность, необходимо позаботиться, чтобы она располагалась в первом (нижнем) мегабайте. Это можно обеспечить либо с помощью специальных средств, предусмотренных разработчиками транслятора или библиотек, либо воспользовавшись прерыванием 31h. Кроме того, необходимо знать как реальный физический адрес выделяемого блока памяти, чтобы сообщить его DMAC, так и адрес, содержащий дескриптор, чтобы он мог быть использован процессором при записи в буфер звуковых данных.
Формат WAV-файла
В нашем журнале (Д. В. Солдатенков. Программируем Sound Blaster. "Мир ПК", #9/94) уже были опубликованы сведения об основах программирования Sound Blaster и формате VOC-файла (стандарт Creative), однако сегодня более распространен формат WAV (стандарт Microsoft Windows). Каждый из форматов допускает различные варианты представления заголовка. Упрощенная структура двух наиболее часто встречающихся вариантов для формата WAV приведена в таблице.
| Структура WAV-файла | ||
| Смещение от начала файла | Длина | Описание |
| 0h | 4h | Идентификатор формата ('RIFF') |
| 4h | 4h | Длина блока данных (длина файла - 8h) |
| 8h | 4h | Идентификатор блока звуковых данных ('WAVE') |
| 0ch | 4h | Идентификатор подблока заголовка ('fmt" - с пробелом в конце) |
| 10h | 4h | 000ch/0010h - длина подблока заголовка |
| 14h | 2h | 01h - тип формата представления данных |
| 16h | 2h | Число каналов (1 - моно, 2 - стерео) |
| 18h | 2h/4h | Частота дискретизации, Гц |
| 1ah/1ch | 2h/4h | Скорость передачи данных, байт/с (произведение числа каналов, частоты дискретизации и разрядности в байтах) |
| 1ch/20h | 2h | Числов байт для представления одного отсчета (1 - 8 бит моно, 1 - 16 бит стерео) |
| 1eh/22h | 2h | Разрядность, бит (8, 16) |
| 20h/24h | 4h | Идентификатор подблока данных ('data') |
| 24h/28h | 4h | Длина звуковых данных |
| 28h/2ch | Звуковые данные | |
Оставить комментарий
Комментарии
Стивен Морс очень обрадовался этому,если бы знал об этой статье.Я до этого дня считал,что 32-х разрядная адресация появилась впервые в 386-х.Если кто-то может разделить мою радость,пишите.
С уважением к участника форума.
Сергей.