8086汇编语言调用声卡播放wav文件（sound blaster）-白红宇

8086汇编语言调用声卡播放wav文件（sound blaster）

阅读量：5966 次

发布时间：2019-06-19

本文共 10590 字，大约阅读时间需要 35 分钟。

开更

大概最后做了一个能播放无损音乐（无压缩、不需解码）的播放器

原理是基于dosbox的模拟声卡，通过硬件之间的相互通讯做到的

关于详细内容接下来再讲。

一、从dosbox入手

　　我们知道cpu可以直接输出到蜂鸣器的端口，然后让蜂鸣器发声。但是蜂鸣器的局限性很大，大多数蜂鸣器只支持两种电压，也就只能发出非常单一的声音。所以，从播放音乐角度来讲，调用蜂鸣器是比较简单但局限性很大的。所以这里不会采用调用蜂鸣器的做法。

　　要用8086发出复杂的声音，最简单的想法就是调用声卡，但在dos环境下，想调用windows的声卡是不可能的，一是windows的声卡驱动不兼容，第二是也没有提供可用的输出方式（驱动封装性好）。于是我就查阅了dosbox的sound方面的资料，发现了dosbox是支持模拟声卡的，最简单的就是PC speaker（蜂鸣器），还有disney声卡、midi声卡等等，不过在96年最普及的一款声卡是sound blaster 16。它同样也可以被dosbox模拟，查阅dosbox的document，我们会找到dosbox的模拟端口位置

　　有了这个，我们就只需要查阅sound blaster的document，就可以知道如何使用sound blaster了

二、Sound Blaster 简要说明

　　sound blaster的document网址：http://homepages.cae.wisc.edu/~brodskye/sb16doc/sb16doc.html

　　非常推荐先读一遍这篇document

　　这篇文章介绍了sound blaster每个端口的作用和位置，以及如何配置sound blaster。

　　1、安装sound blaster中断

　　2、编写DMA，用于音频流载入

　　3、设定一个采样的速率

　　4、编写DSP的读写I/O操作

　　5、向DSP写入转换模式操作（转换到sound blaster模式）

　　6、向DSP写入音频流的大小和播放设定

　　那么整体的一个流程其实是这样

　　向DSP写入转换模式操作（转换到soundblaster）->利用DSP向声卡发出播放命令->声卡发现DMA中没有数据，引发中断->中断更新DMA中的数据->声卡获取数据开始播放

　　在这个过程中，一旦声卡没有数据了，就会引发中断获取新的数据，实现播放音乐的功能。

　　下面分步说明

三、替换ISR（就是安装新的中断）

　　这里说法可能有些跳跃，ISR实际上是PIC的一部分

　　关于PIC的一些知识，可以看链接 http://wiki.osdev.org/8259_PIC

　　实际上它有15条IRQ lines，对应的就是15个中断，我们需要替换其中的一个中断，作为声卡的中断

　　那么这样的话，自己要编写新的中断，内容要包括（文档里有写）

　　我的实现里没有double-buffering操作，所以就不需要复制了（代价就是块的size大的时候，音乐会有明显的跳跃间断）

　　我们想要播放16位单声道音乐，所以要向2xF口读写信息

　　这里我配置里是放到IRQ0~7里的，所以向20h写20h即可。

　　代码如下

_DT segment para public 'DATA'    sbISR dw offset sb16ISR          dw _CODE    blockmask dw 0_DT ends_CODE segment    assume cs:_CODE, ds:_DT, es:_DT    swappointers:        ; swap si and di pointer        push bx        mov bx, word ptr [si]        xchg word ptr es:[di], bx        mov word ptr [si], bx        mov bx, word ptr [si+2]        xchg word ptr es:[di+2], bx        mov word ptr [si+2], bx        pop bx        ret    installISR:        push es        push si        push di        push dx        push ax        cli ; clear int        mov si, offset sbISR        sub di, di        mov es, di        mov di, ISR_VECTOR        call swappointers        sti ; set int        ; set mask        mov dx, PIC_DATA        in al, dx        xor al, PIC_MASK        out dx, al        pop ax        pop dx        pop di        pop si        pop es        ret    sb16ISR:        push ax        push dx        push ds        push es        ;Acknowledge the interrupt with the SB by reading from port 2xF for 16-bit sound.        mov dx, REG_DSP_ACK_16        in al, dx        ;Acknowledge the end of interrupt with the PIC by writing 20h to port 20h.        mov al, 20h        out 20h, al        ;maintain buffer        mov ax, _DT        mov ds, ax        mov bx, word ptr [BlockMask]        call maintainbuffer        not bx        mov word ptr [BlockMask], bx        pop es        pop ds        pop dx        pop ax        iret_CODE ends

四、编写DMA，载入音频流

　　DMA是什么呢？引用百科里的解释，DMA(Direct Memory Access，直接内存存取) 是所有现代电脑的重要特色，它允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于CPU 的大量中断负载。

　　为什么要编写DMA，实际上是因为sound blaster 是ISA（外部硬件），CPU是不能直接向其端口输入值的，需要DMA进行中介，也就是说

　　CPU向DMA输送音频流，sound blaster从DMA获取音频流来播放，设置DMA，一是设置它的模式，二是设置它的端口对应，通知sound blaster这一段内存地址存放DMA的数据信息

　　文档说明如下

　　那么代码如下

.286_CODE segment    assume cs:_CODE    setDMA:        push ax        push bx        push cx        push dx        push si        ;重新设置，禁用通道        mov dx, REG_DMA_MASK        mov al, 4 + SB16_HDMA MOD 4        out dx, al        ;清零操作        mov dx, REG_DMA_CLEAR_FF        out dx, al        ;重新设置模式        mov dx, REG_DMA_MODE        mov al, 58h + SB16_HDMA MOD 4        out dx, al        ;设置DMA地址        ;ES = buffer segment        ;SI = buffer offset        ;DI = block size        mov bx, es        shr bx, 13        mov cx, es        shl cx, 3        shr si, 1        add cx, si        adc bx, 0        ;输出地址        mov dx, REG_DMA_ADDRESS        mov al, cl        out dx, al        mov al, ch        out dx, al        mov dx, REG_DMA_PAGE        mov al, bl        out dx, al        ;设置size        mov ax, di        shr ax, 1        mov dx, REG_DMA_COUNT        out dx, al        mov al, ah        out dx, al        ;启用频道        mov dx, REG_DMA_MASK        mov al, SB16_HDMA mod 4        out dx, al        pop si        pop dx        pop cx        pop bx        pop ax        ret_CODE ends

六、编写data，用于音频读入

　　这个文档里没有提到，但也是必须要写的。大体工作就是从文件中读入信息，放入到buffer里，然后更新DMA

　　没有什么额外的地方，代码如下

_DT segment para public 'DATA'    myfile db 'mymusic.wav', 0    filehandle dw 0    samplerate dw 0_DT ends_CODE segment    assume cs:_CODE, ds:_DT, es:_DT    maintainbuffer:        push es        push di        push bx        push ax        push si        push cx        push dx        mov di, word ptr [buffersegment]        mov es, di        mov di, BLOCK_SIZE        and di, bx        add di, word ptr [bufferoffset]        push ds        ;从文件中读入一段音频流        mov ax, es        mov ds, ax        mov dx, di        mov ah, 3fh        mov bx, word ptr [filehandle]        mov cx, BLOCK_SIZE        int 21h        pop ds        cmp ax, BLOCK_SIZE        je mydateret        ;循环播放        mov ax, 4200h        mov bx, word ptr [filehandle]        sub cx, cx        sub dx, dx        int 21h        mydateret:        pop dx        pop cx        pop si        pop ax        pop bx        pop di        pop es        ret    initbuffer:        push ax        push bx        push cx        push dx        ;打开文件        mov ax, 3d00h        mov dx, offset myfile        int 21h        mov word ptr [filehandle], ax        mov bx, ax        mov ax, 4200h        sub cx, cx        sub dx, dx        int 21h        mov ah, 3fh        mov bx, WORD PTR [fileHandle]        mov cx, 12        mov dx, OFFSET sampleRate        int 21h        mov ax, 4200h        mov bx, WORD PTR [fileHandle]        xor cx, cx        sub dx, dx        int 21h        pop dx        pop cx        pop bx        pop ax        ret_CODE ends

七、编写DSP

　　DSP就是数字信号处理器，用于数字信号处理，cpu向它发出信号，就可以借助它向声卡做一些简单的指令操作。

　　DSP的相关端口信息文档里也有说，对DSP的读写操作如下所述

　　还有一些对DSP的指令来控制声卡模式，这些文档里都有，我就不再粘贴了

　　代码如下

FORMAT_MONO     EQU 00h    FORMAT_STEREO   EQU 20h    FORMAT_SIGNED   EQU 10h    FORMAT_UNSIGNED EQU 00h_CODE segment    assume cs:_CODE    resetDSP:        push ax        push dx        ;设置DSP        mov dx, REG_DSP_RESET        mov al, 01h        out dx, al        sub al, al        out dx, al        mov dx, REG_DSP_READ_BS        ;等待sb16响应        DSPwait1:            in al, dx            test al, 80h            jz DSPwait1        mov dx, REG_DSP_READ        DSPwait2:            in al, dx            cmp al, 0aah            jne DSPwait2        pop dx        pop ax        ret    writeDSP:        push dx        push ax        mov dx, REG_DSP_WRITE_BS        DSPwait3:            in al, dx            test al, 80h            jz DSPwait3        pop ax        mov dx, REG_DSP_WRITE_DATA        out dx, al        pop dx        ret    readDSP:        push dx        mov dx, REG_DSP_READ_BS        dspwait4:            in al, dx            test al, 80h            jz dspwait4        pop ax        mov dx, REG_DSP_READ        in al, dx        pop dx        ret    setsample:        push dx        xchg al, ah        push ax        mov al, DSP_SET_SAMPLING_OUTPUT        call writeDSP        pop ax        call writeDSP        mov al, ah        call writeDSP        pop dx        ret    ;AX = Sampling    ;BL = Mode    ;CX = Size    startplay:        call setsample        mov al, 00b6h        call writeDSP        mov al, bl        call writeDSP        mov al, cl        call writeDSP        mov al, ch        call writeDSP        ret    pauseplay:        push ax        mov al, 00d5H        call WriteDSP        pop ax        ret    continueplay:        push ax        mov al, 00d6H        call WriteDSP        pop ax        ret_CODE ends

八、流的设置，常见端口的配置

　　这些都是一些常量配置，就不在多叙述了，具体端口位置文档里也有提到

BLOCK_SIZE EQU 1024    BUFFER_SIZE EQU 1024assume ds:_DT, es:_DT_DT segment para public 'DATA'    buffer db BUFFER_SIZE DUP(0)    bufferoffset db offset buffer    buffersegment dw _DT_DT ends

;These are the only configurable constants ;IO Base SB16_BASE   EQU 220h  ;16-bit DMA channel (must be between 5-7) SB16_HDMA   EQU 5 ;IRQ Number SB16_IRQ    EQU 7 ;These a computed values, don't touch them if you don't know what ;you are doing ;REGISTER NAMES REG_DSP_RESET      EQU SB16_BASE + 6 REG_DSP_READ       EQU SB16_BASE + 0ah REG_DSP_WRITE_BS   EQU SB16_BASE + 0ch REG_DSP_WRITE_CMD  EQU SB16_BASE + 0ch REG_DSP_WRITE_DATA EQU SB16_BASE + 0ch REG_DSP_READ_BS    EQU SB16_BASE + 0eh REG_DSP_ACK        EQU SB16_BASE + 0eh REG_DSP_ACK_16     EQU SB16_BASE + 0fh ;DSP COMMANDS DSP_SET_SAMPLING_OUTPUT   EQU 41h DSP_DMA_16_OUTPUT_AUTO    EQU 0b6h DSP_STOP_DMA_16           EQU 0d5h ;DMA REGISTERS REG_DMA_ADDRESS    EQU 0c0h + (SB16_HDMA - 4) * 4 REG_DMA_COUNT      EQU REG_DMA_ADDRESS + 02h  REG_DMA_MASK       EQU 0d4h REG_DMA_MODE       EQU 0d6h REG_DMA_CLEAR_FF   EQU 0d8h  IF SB16_HDMA - 5    REG_DMA_PAGE       EQU 8bh       ELSE    IF SB16_HDMA - 6       REG_DMA_PAGE       EQU 89h    ELSE       REG_DMA_PAGE       EQU 8ah    ENDIF ENDIF ;ISR vector ISR_VECTOR            EQU ((SB16_IRQ SHR 3) * (70h - 08h) + (SB16_IRQ AND 7) + 08h) * 4 PIC_DATA        EQU (SB16_IRQ AND 8) + 21h PIC_MASK               EQU 1 SHL (SB16_IRQ AND 7)

九、主程序编写

　　在各个部分都完成以后，主程序就比较好写了

　　按照步骤顺序来就可以

　　不要忘了最后把ISR再交换回来，让dos系统能正常运行

INCLUDE cfg.asmINCLUDE mybuffer.asmINCLUDE mydata.asmINCLUDE myisr.asmINCLUDE mydsp.asmINCLUDE mydma.asm_CODE segment     assume cs:_CODEstart:    mov ax, _DT    mov ds, ax    call installISR    call initbuffer    mov si, word ptr [buffersegment]    mov es, si    mov si, word ptr [bufferoffset]    mov di, BLOCK_SIZE * 2    call setDMA    call resetDSP    mov ax, word ptr [samplerate]    mov bx, FORMAT_MONO or FORMAT_SIGNED    mov cx, BLOCK_SIZE    call startplay    mov ah, 0    int 16h    call pauseplay    call installISR    mov ah, 4ch    int 21h_CODE endsend start

十、后记

　　最后总算是完成了，幸运的是期间的debug比较顺利，感觉这个过程学到了很多。

　　在查阅资料时，主要看了stackoverflow的有关问题，慢慢有所启发，去查阅dosbox的模拟声卡，最后发现了sound blaster这款声卡，查阅了很多文档

　　也参考了github上的开源项目 https://github.com/margaretbloom/sb16-wav

　　非常感谢这个项目对我的启发

　　不过这个项目还是存在问题的，它并没有实现double-buffering（可能只是我不会调用吧）

　　关于音频格式的问题，以及为什么它可以播放wav格式，这里就简单说明一下

　　wav是一种无损的格式，它包括一个头段和数据段，头段包含了对wav的说明

　　而最关键的数据段，实际上是没有经过任何压缩的，也就是完整记录了每个声道的频率

　　所以你把这些信息直接传递给声卡就是可以播放的

　　你也可以把头段信息删除（这样普通播放器就无法播放了）。直接给这个程序，也是可以播放的

　　然后还有一点是，其实它是16位单声道的播放模式，所以说如果你给它一个32位的wav，或者是双声道的wav，它就会变成1/2速度播放