自制操作系统 - ISA总线与声霸卡驱动

#define DMA_MODE_CHECK 0x00   // 自检模式
#define DMA_MODE_READ 0x04    // 外部设备读出（写内存）
#define DMA_MODE_WRITE 0x08   // 写入外部设备（读内存）
#define DMA_MODE_AUTO 0x10    // 自动模式
#define DMA_MODE_DOWN 0x20    // 从高地址向低地址访问内存
#define DMA_MODE_DEMAND 0x00  // 按需传输；
#define DMA_MODE_SINGLE 0x40  // 单次 DMA 传输；
#define DMA_MODE_BLOCK 0x80   // 块 DMA 传输；
#define DMA_MODE_CASCADE 0xC0 // 级联模式(用于级联另一个 DMA 控制器)；
 
void isa_dma_mask(u8 channel, bool mask);   // 屏蔽/启用通道  控制是否允许 DMA 工作
void isa_dma_addr(u8 channel, void *addr);  // 设置内存起始地址  分低16位 + 高8位页
void isa_dma_size(u8 channel, u32 size);    // 设置传输长度 低通道按字节，高通道按字
void isa_dma_reset(u8 channel);             // 设置传输模式  决定方向与类型
void isa_dma_mode(u8 channel, u8 mode);    // 重置控制器  让 DMA 进入初始状态

typedef enum sb16_cmd_t
{
    SB16_CMD_ON = 1,   // 声卡开启
    SB16_CMD_OFF,      // 声卡关闭
    SB16_CMD_MONO8,    // 八位单声道模式
    SB16_CMD_STEREO16, // 16位立体声模式
    SB16_CMD_VOLUME,   // 设置音量
} sb16_cmd_t;


typedef struct sb_t
{
    task_t *waiter;   // 等到声卡的进程
    lock_t lock;
    char *addr; // DMA 地址
    u8 mode;    // 模式
    u8 channel; // DMA 通道
} sb_t;

static sb_t sb16;   // 我们只有一个声卡

static void sb_handler(int vector)   // 声卡的中断处理函数
{
    send_eoi(vector);
    sb_t *sb = &sb16;
    inb(SB_INTR16);
    u8 state = inb(SB_STATE);
    if (sb->waiter)           // 如果有等待使用声卡的进程，就解除阻塞
    {
        task_unblock(sb->waiter, EOK);
        sb->waiter = NULL;
    }
}

static void sb_reset(sb_t *sb)  // 声卡重置
{
    outb(SB_RESET, 1);
    sleep(1);
    outb(SB_RESET, 0);
    u8 state = inb(SB_READ);
}

static void sb_intr_irq(sb_t *sb)
{
    outb(SB_MIXER, 0x80);
    u8 data = inb(SB_MIXER_DATA);
    if (data != 2)
    {
        outb(SB_MIXER, 0x80);
        outb(SB_MIXER_DATA, 0x2);
    }
}

static void sb_out(u8 cmd)
{
    while (inb(SB_WRITE) & 128)
        ;
    outb(SB_WRITE, cmd);
}

static void sb_turn(sb_t *sb, bool on)   // 开启/关闭声卡
{
    if (on)
        sb_out(CMD_ON);
    else
        sb_out(CMD_OFF);
}

static u32 sb_time_constant(u8 channels, u16 sample)
{
    return 65536 - (256000000 / (channels * sample));
}

static void sb_set_volume(u8 level)
{
    LOGK("set sb16 volume to 0x%02X\n", level);
    outb(SB_MIXER, 0x22);
    outb(SB_MIXER_DATA, level);
}

int sb16_ioctl(sb_t *sb, int cmd, void *args, int flags)
{
    switch (cmd)
    {
    // 设置 tty 参数
    case SB16_CMD_ON:
        sb_reset(sb);    // 重置 DSP
        sb_intr_irq(sb); // 设置中断
        sb_out(CMD_ON);  // 打开声霸卡
        return EOK;
    case SB16_CMD_OFF:
        sb_out(CMD_OFF); // 关闭声霸卡
        return EOK;
    case SB16_CMD_MONO8:
        sb->mode = MODE_MONO8;
        sb->channel = 1;
        isa_dma_reset(sb->channel);
        return EOK;
    case SB16_CMD_STEREO16:
        sb->mode = MODE_STEREO16;
        sb->channel = 5;
        isa_dma_reset(sb->channel);
        return EOK;
    case SB16_CMD_VOLUME:
        sb_set_volume((u8)args);
        return EOK;
    default:
        break;
    }
    return -EINVAL;
}

int sb16_write(sb_t *sb, char *data, size_t size)   // 给声卡写入数据，即播放声音
{
    lock_acquire(&sb->lock);
    assert(size <= DMA_BUF_SIZE);   // 写入大小硬小于缓冲区
    memcpy(sb->addr, data, size);   // 赋值数据到缓冲器
    isa_dma_mask(sb->channel, false);   // DMA进行写设备
    isa_dma_addr(sb->channel, sb->addr);
    isa_dma_size(sb->channel, size);

    sb_out(CMD_SOSR);                  // 44100 = 0xAC44   // 设置采样率
    sb_out((SAMPLE_RATE >> 8) & 0xFF); // 0xAC
    sb_out(SAMPLE_RATE & 0xFF);        // 0x44

    if (sb->mode == MODE_MONO8)      // 
    {
        isa_dma_mode(sb->channel, DMA_MODE_SINGLE | DMA_MODE_WRITE);
        sb_out(CMD_SINGLE_OUT8);
        sb_out(MODE_MONO8);
    }
    else
    {
        isa_dma_mode(sb->channel, DMA_MODE_SINGLE | DMA_MODE_WRITE);
        sb_out(CMD_SINGLE_OUT16);
        sb_out(MODE_STEREO16);
        size >>= 2; // size /= 4
    }

    sb_out((size - 1) & 0xFF);
    sb_out(((size - 1) >> 8) & 0xFF);
    isa_dma_mask(sb->channel, true);
    assert(sb->waiter == NULL);
    sb->waiter = running_task();
    assert(task_block(sb->waiter, NULL, TASK_BLOCKED, TIMELESS) == EOK);

rollback:
    lock_release(&sb->lock);
    return size;
}

void sb16_init()
{
    sb_t *sb = &sb16;
    sb->addr = (char *)DMA_BUF_ADDR;   // 设置声卡DMA地址， #define DMA_BUF_ADDR 0x40000 // 必须 64K 字节对齐
    sb->mode = MODE_STEREO16;
    sb->channel = 5;
    lock_init(&sb->lock);
    set_interrupt_handler(IRQ_SB16, sb_handler);   // 设置中断处理函数
    set_interrupt_mask(IRQ_SB16, true);
    device_install(DEV_CHAR, DEV_SB16, sb, "sb16", 0, sb16_ioctl, NULL, sb16_write);   // 安装设备
}