Waveform Audio 驱动(Wavedev2)之：WAV 驱动解析

上篇文章中，我们模拟了WAV API。现在进入我们正在要解析的Wave 驱动的架构。我们了解一个驱动的时候，先不去看具体跟硬件操作相关的东西，而是从流程入手，把整个流程搞清楚了，调试起来就非常的容易了。我们着重看 hwctxt.cpp,hwctxt.H，devctxt.cpp,devctxt.H,strmctxt.cpp,strmctxt.H这几个源文件。其中hwctxt是类HardwareContext代码文件，devctxt是DeviceContext代码文件，strmctxt是 StreamContext代码文件。这几个类的其他一些功能，还在其他一些文件中实现，如output.Cpp，midistrm.Cpp等。

现在我们来看下StreamContext的类图，StreamContext是管理音频流的对象，包括播放、暂停、停止、设置音量、获取播放位置等。从下面的StreamContext的类图中，我们可以看到它派生了WaveStreamContext和MidiStream。然后 WaveStreamContext又派生了Input和Output类型的Stream。不用说也可以知道InputStreamContext是针对于像麦克这种输入设备流的。

StreamContext类图

其中OutputStreamContext派生了六个类，M代表单音道，S代表的是立体音，8/16是8/16比特采样了。 SPDIF（SONY/PHILIPS DIGITAL INTERFACE）是一种最新的音频传输格式，它通过光纤进行数字音频信号传输以取代传统的模拟信号传输方式，因此可以取得更高质量的音质效果。

StreamContext是一个管理音频数据流的对象，像智能手机中可能存在用media player播放音乐，同时又开着FM，突然又来电。从上篇文章中我们知道，要想调用wave驱动的播放功能，每个应用都有一份 StreamContext对象，上面提到的状况，就会有三个StreamContext对象被创建。在硬件只要一个的条件下，那么这三个StreamContext是如果协同工作的呢？而DeviceContext正是管理StreamContext对象的。

如下是DeviceContext类图：

DeviceContext类图

DeviceContext派生出InputDeviceContext和OutputDeviceContext，他们分别管理 InputStreamContext和OutputStreamContext。在DeviceContext内部维护了一个双向链表来管理 StreamContext。

HardwareContext是具体操作硬件相关的类，其内部包含InputDeviceContext和OutputDeviceContext对象，下面这种图，就是三个类的关系图，一看就知道他们的对应关系了。

DeivceContext和StreamContext关系图

对于HardwareContext是具体操作硬件的东西，不具有代码性，只要仔细看看代码就行了。现在我们主要分析下DeviceContext和StreamContext的关系。

DeviceContext的作用是管理StreamContext，可以分为几套函数,见Devctxt.h, Devctxt.cpp

音量增益管理：下面这个函数主要是设置设备的整个音量增益，设置了设备音量增益后，对流音量的增益起了限制做用的。

音量函数如下

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DWORD GetGain();
DWORD SetGain( DWORD dwGain);
DWORD GetDefaultStreamGain();
DWORD SetDefaultStreamGain( DWORD dwGain);
DWORD GetSecondaryGainLimit( DWORD GainClass);
DWORD SetSecondaryGainLimit( DWORD GainClass, DWORD Limit);

DWORD GetGain(); DWORD SetGain(DWORD dwGain); DWORD GetDefaultStreamGain(); DWORD SetDefaultStreamGain(DWORD dwGain); DWORD GetSecondaryGainLimit(DWORD GainClass); DWORD SetSecondaryGainLimit(DWORD GainClass, DWORD Limit);

先来讲下设备音量增益(Device Gain)和流音量增益(Stream Gain)的关系。我们从微软Media Player中，很容易就看到了设备音量和流音量的关系。设备音量时通过音量键来控制系统的音量，从而改变整个输出设备的音量的，但是在Media Player中，还是有一个单独的音量控制按钮，它能调节Media Player的音量（不要问我在哪里，自己找)，但是调试它是受限制于系统音量，是如何限制，请看下面讲解。

我们现在看下设置系统音量和设置流音量的整个流程，来了解整个音量控制的过程。用户设置时，会调用waveOutSetVolume

MMRESULT waveOutSetVolume(

HWAVEOUT hwo,

DWORD dwVolume

);

当HWAVEOUT传入为空时，设置的就是设备音量，当HWAVEOUT是通过调用waveOutOpen返回的句柄是，设置的就是流音量。

好，我们进入到驱动中区看看，waveOutSetVolume会调用到来看wavemain.Cpp中HandleWaveMessage的WODM_SETVOLUME分支，我在代码中去掉了不重要的部分，可以看得更清晰些。

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case WODM_SETVOLUME:
{
StreamContext *pStreamContext;
pStreamContext = (StreamContext *) dwUser;
LONG dwGain = dwParam1;
if (pStreamContext)
{
dwRet = pStreamContext->SetGain(dwGain);
}
else
{
DeviceContext *pDeviceContext = g_pHWContext->GetOutputDeviceContext(uDeviceId);
dwRet = pDeviceContext->SetGain(dwGain);
}
}

case WODM_SETVOLUME: { StreamContext *pStreamContext; pStreamContext = (StreamContext *) dwUser; LONG dwGain = dwParam1; if (pStreamContext) { dwRet = pStreamContext->SetGain(dwGain); } else { DeviceContext *pDeviceContext = g_pHWContext->GetOutputDeviceContext(uDeviceId); dwRet = pDeviceContext->SetGain(dwGain); } }

dwUser 指向的是StreamContext对象（在前文中已经讲过），如果pStreamContext为空，那么就调用DeviceContext的 SetGain函数，否则调用StreamContext的SetGain函数。调用StreamContext的Gain只对当前的 StreamContext的音量起作用，不影响其他的Stream音量。但是对DeviceContext设置音量增益是对DeviceContext 管理的所有StreamContext起了控制作用，但是具体是如何影响的，还是根据代码来分析：

在Devctxt.h中的SetGain函数代码如下

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DWORD SetGain( DWORD dwGain)
{
m_dwGain = dwGain;
RecalcAllGains();
return MMSYSERR_NOERROR;
}

DWORD SetGain(DWORD dwGain) { m_dwGain = dwGain; RecalcAllGains(); return MMSYSERR_NOERROR; }

用m_dwGain保存设备音量，然后调用RecalcAllGains来重新计算所有StreamContext的音量增益。

在Devctxt.cpp中的RecalcAllGains的实现如下

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void DeviceContext::RecalcAllGains()
{
PLIST_ENTRY pListEntry;
StreamContext *pStreamContext;
for (pListEntry = m_StreamList.Flink;
pListEntry != &m_StreamList;
pListEntry = pListEntry->Flink)
{
pStreamContext = CONTAINING_RECORD(pListEntry,StreamContext,m_Link);
pStreamContext->GainChange();
}
return ;
}

void DeviceContext::RecalcAllGains() { PLIST_ENTRY pListEntry; StreamContext *pStreamContext; for (pListEntry = m_StreamList.Flink; pListEntry != &m_StreamList; pListEntry = pListEntry->Flink) { pStreamContext = CONTAINING_RECORD(pListEntry,StreamContext,m_Link); pStreamContext->GainChange(); } return; }

它便利所有的StreamContext,并调用pStreamContext->GainChange()来改变StreamContext对象的音量。接着看StreamContext类中的GainChange的实现

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void GainChange()
{
m_fxpGain = MapGain(m_dwGain);
}
DWORD StreamContext::MapGain( DWORD Gain)
{
DWORD TotalGain = Gain & 0xFFFF;
DWORD SecondaryGain = m_pDeviceContext->GetSecondaryGainLimit(m_SecondaryGainClass) & 0xFFFF;
if (m_SecondaryGainClass < SECONDARYDEVICEGAINCLASSMAX)
{
// Apply device gain
DWORD DeviceGain = m_pDeviceContext->GetGain() & 0xFFFF;
TotalGain *= DeviceGain;
TotalGain += 0xFFFF; // Round up
TotalGain >>= 16; // Shift to lowest 16 bits
}
// Apply secondary gain
TotalGain *= SecondaryGain;
TotalGain += 0xFFFF; // Round up
TotalGain >>= 16; // Shift to lowest 16 bits
// Special case 0 as totally muted
if (TotalGain==0)
{
return 0;
}
// Convert to index into table
DWORD Index = 63 - (TotalGain>>10);
return GainMap[Index];
}

void GainChange() { m_fxpGain = MapGain(m_dwGain); } DWORD StreamContext::MapGain(DWORD Gain) { DWORD TotalGain = Gain & 0xFFFF; DWORD SecondaryGain = m_pDeviceContext->GetSecondaryGainLimit(m_SecondaryGainClass) & 0xFFFF; if (m_SecondaryGainClass < SECONDARYDEVICEGAINCLASSMAX) { // Apply device gain DWORD DeviceGain = m_pDeviceContext->GetGain() & 0xFFFF; TotalGain *= DeviceGain; TotalGain += 0xFFFF; // Round up TotalGain >>= 16; // Shift to lowest 16 bits } // Apply secondary gain TotalGain *= SecondaryGain; TotalGain += 0xFFFF; // Round up TotalGain >>= 16; // Shift to lowest 16 bits // Special case 0 as totally muted if (TotalGain==0) { return 0; } // Convert to index into table DWORD Index = 63 - (TotalGain>>10); return GainMap[Index]; }

音量在系统中用一个DWORD值来表示，其高低两个字节分别来表示左右声道，一般情况下左声道和右声道的音量大小是一样的，所以只取其低两个字节，DWORD TotalGain = Gain & 0xFFFF;

TotalGain是DeviceGain和m_dwGain的乘机，然后再左移16位得到的。其实就是 TotalGain=DeviceGain*m_dwGain/最高音量，如果把DeviceGain/最高音量，用百分比来算的话，就很更容易理解了，那么最后的公式就变成TotalGain=DeviceGain*系统音量百分比。那么这里就解释了系统音量是如何限制流音量的疑问。

我们设置好音量增益后，最终会再哪里体现呢：首先看一下Output.cpp文件，WaveStreamContext::Render之后的数据就是直接发送到外部声音芯片的数据，他根据参数以及标志位选择OutputStreamContextXXX::Render2，XXX表示双声道S单声道M，bit位是8位还是16位。以双声道OutputStreamContextS16::Render2为例，BSP里面的代码如下：

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PBYTE OutputStreamContextS16::Render2( PBYTE pBuffer, PBYTE pBufferEnd, PBYTE pBufferLast)
{
LONG CurrT = m_CurrT;
LONG DeltaT = m_DeltaT;
LONG CurrSamp0 = m_CurrSamp[0];
LONG PrevSamp0 = m_PrevSamp[0];
PBYTE pCurrData = m_lpCurrData;
PBYTE pCurrDataEnd = m_lpCurrDataEnd;
LONG fxpGain = m_fxpGain;
LONG OutSamp0;
__try
{
while (pBuffer < pBufferEnd)
{
while (CurrT >= 0x100)
{
if (pCurrData>=pCurrDataEnd)
{
goto Exit;
}
CurrT -= 0x100;
PrevSamp0 = CurrSamp0;
PPCM_SAMPLE pSampleSrc = (PPCM_SAMPLE)pCurrData;
CurrSamp0 = (LONG )pSampleSrc->s16.sample_left;
CurrSamp0 += (LONG )pSampleSrc->s16.sample_right;
CurrSamp0 = CurrSamp0>>1;
pCurrData+=4;
}
OutSamp0 = PrevSamp0 + (((CurrSamp0 - PrevSamp0) * CurrT) >> 8);
// 设置增益
OutSamp0 = (OutSamp0 * fxpGain) >> VOLSHIFT;
CurrT += DeltaT;
if (pBuffer < pBufferLast)
{
OutSamp0 += *(HWSAMPLE *)pBuffer;
}
*(HWSAMPLE *)pBuffer = (HWSAMPLE)OutSamp0;
pBuffer += sizeof (HWSAMPLE);
}
}//end the __try block
__except (EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER)
{
RETAILMSG(1, (TEXT("InputStreamContext::Render2!/r/n" )));
m_lpCurrData = m_lpCurrDataEnd = NULL;
return NULL;
}
Exit:
m_dwByteCount += (pCurrData - m_lpCurrData);
m_lpCurrData = pCurrData;
m_CurrT = CurrT;
m_PrevSamp[0] = PrevSamp0;
m_CurrSamp[0] = CurrSamp0;
return pBuffer;
}

PBYTE OutputStreamContextS16::Render2(PBYTE pBuffer, PBYTE pBufferEnd, PBYTE pBufferLast) { LONG CurrT = m_CurrT; LONG DeltaT = m_DeltaT; LONG CurrSamp0 = m_CurrSamp[0]; LONG PrevSamp0 = m_PrevSamp[0]; PBYTE pCurrData = m_lpCurrData; PBYTE pCurrDataEnd = m_lpCurrDataEnd; LONG fxpGain = m_fxpGain; LONG OutSamp0; __try { while (pBuffer < pBufferEnd) { while (CurrT >= 0x100) { if (pCurrData>=pCurrDataEnd) { goto Exit; } CurrT -= 0x100; PrevSamp0 = CurrSamp0; PPCM_SAMPLE pSampleSrc = (PPCM_SAMPLE)pCurrData; CurrSamp0 = (LONG)pSampleSrc->s16.sample_left; CurrSamp0 += (LONG)pSampleSrc->s16.sample_right; CurrSamp0 = CurrSamp0>>1; pCurrData+=4; } OutSamp0 = PrevSamp0 + (((CurrSamp0 - PrevSamp0) * CurrT) >> 8); // 设置增益 OutSamp0 = (OutSamp0 * fxpGain) >> VOLSHIFT; CurrT += DeltaT; if (pBuffer < pBufferLast) { OutSamp0 += *(HWSAMPLE *)pBuffer; } *(HWSAMPLE *)pBuffer = (HWSAMPLE)OutSamp0; pBuffer += sizeof(HWSAMPLE); } }//end the __try block __except (EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER) { RETAILMSG(1, (TEXT("InputStreamContext::Render2!/r/n"))); m_lpCurrData = m_lpCurrDataEnd = NULL; return NULL; } Exit: m_dwByteCount += (pCurrData - m_lpCurrData); m_lpCurrData = pCurrData; m_CurrT = CurrT; m_PrevSamp[0] = PrevSamp0; m_CurrSamp[0] = CurrSamp0; return pBuffer; }

从上面看到是与采样数据相乘，然后在左移16位。跟上面提到的系统音量影响流音量是一样的。

上面讲了，DeviceContext的音量增益管理，现在来看下它的流管理。

StreamContext流管理：主要来管理StreamContext的创建、删除、渲染、传输等功能。

主要有如下几个函数

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StreamContext *CreateStream(LPWAVEOPENDESC lpWOD);
DWORD OpenStream(LPWAVEOPENDESC lpWOD, DWORD dwFlags, StreamContext **ppStreamContext);
HRESULT Open(DeviceContext *pDeviceContext, LPWAVEOPENDESC lpWOD, DWORD dwFlags);
void NewStream(StreamContext *pStreamContext);
void DeleteStream(StreamContext *pStreamContext);
void StreamReadyToRender(StreamContext *pStreamContext);
PBYTE TransferBuffer( PBYTE pBuffer, PBYTE pBufferEnd, DWORD *pNumStreams, BOOL bMuteFlag);

StreamContext *CreateStream(LPWAVEOPENDESC lpWOD); DWORD OpenStream(LPWAVEOPENDESC lpWOD, DWORD dwFlags, StreamContext **ppStreamContext); HRESULT Open(DeviceContext *pDeviceContext, LPWAVEOPENDESC lpWOD, DWORD dwFlags); void NewStream(StreamContext *pStreamContext); void DeleteStream(StreamContext *pStreamContext); void StreamReadyToRender(StreamContext *pStreamContext); PBYTE TransferBuffer(PBYTE pBuffer, PBYTE pBufferEnd, DWORD *pNumStreams, BOOL bMuteFlag);

在DeviceContext中有个m_StreamList的双向链表(LIST_ENTRY), m_StreamList用来指向链表的头。在StreamConext中也存在一个m_Link(LIST_ENTRY)。StreamContext 是调用DeviceContext的OpenStream来创建的，然后把StreamContext对象加入到DeviceContext的 m_StreamList中。我们从代码中去直接分析：

上层调用waveoutOpen，在wavedev2中会调用WODM_OPEN这个分支。在WODM_OPEN中的代码如下：

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case WODM_OPEN:
{
StreamContext *pStreamContext;
pStreamContext = (StreamContext *) dwUser;
dwRet = pDeviceContext->OpenStream((LPWAVEOPENDESC)dwParam1, dwParam2, (StreamContext **)pStreamContext);
break ;
}

case WODM_OPEN: { StreamContext *pStreamContext; pStreamContext = (StreamContext *) dwUser; dwRet = pDeviceContext->OpenStream((LPWAVEOPENDESC)dwParam1, dwParam2, (StreamContext **)pStreamContext); break; }

OpenStream的其流程图如下

StreamContext 初始化流程

CreateStream是根据WAVEFORMATEX这个结构体，来判断具体要创建StreamContext的哪个派生类，下面是CreateStream的流程图，不可不提，还是流程图清晰。

OutputDeviceContext:: CreateStream流程图

上面讲了上层通过WODM_OPEN创建一个StreamContext的过程，那么音频流被打开之后，接下来就是给StreamContext传入音频数据开始播放音乐。Wavedev2提供了WODM_WRITE来向音频设置写入数据。我们先看下WODM_WRITE分支的代码

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case WODM_WRITE:
{
StreamContext *pStreamContext;
pStreamContext = (StreamContext *) dwUser;
dwRet = pStreamContext->QueueBuffer((LPWAVEHDR)dwParam1);
break ;
}

case WODM_WRITE: { StreamContext *pStreamContext; pStreamContext = (StreamContext *) dwUser; dwRet = pStreamContext->QueueBuffer((LPWAVEHDR)dwParam1); break; }

这里调用了StreamContext中的QueueBuffer，QueueBuffer的作用就是把WAVEHDR中的数据加入到StreamContext的队列中，等待播放。下面是QueueBuffer的流程图

QueueBuffer流程图

在QueueBuffer中调用DeviceContext中的StreamReadyToReander通知可以开始渲染了，流程图中的箭头方向是StreamReadyToReander调用流程，最终调用SetEvent(hOutputIntEvent)，来通知线程数据已经准备好，得到通知后，就开始播放了。该线程在HardwareContext中的OutputInterruptThread函数中

OutputInterruptThread流程如下

结尾时，想起大学教育的一个问题，居然不学语文了。见别人写的文章文采飞扬，而我的确是很僵硬，风趣和文采都不足。

还是老话，本人才疏学浅，有错误之处，请更正。

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