8086汇编语言调用声卡播放wav文件（sound blaster）

编程入门行业动态更新时间:2024-10-10 05:19:58

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8086汇编语言调用声卡播放wav文件（sound blaster）

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：.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

　　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 sb16ISRdw _CODEblockmask dw 0
_DT ends_CODE segmentassume cs:_CODE, ds:_DT, es:_DTswappointers:; swap si and di pointerpush bxmov bx, word ptr [si]xchg word ptr es:[di], bxmov word ptr [si], bxmov bx, word ptr [si+2]xchg word ptr es:[di+2], bxmov word ptr [si+2], bxpop bxretinstallISR:push espush sipush dipush dxpush axcli ; clear intmov si, offset sbISRsub di, dimov es, dimov di, ISR_VECTORcall swappointerssti ; set int; set maskmov dx, PIC_DATAin al, dxxor al, PIC_MASKout dx, alpop axpop dxpop dipop sipop esretsb16ISR:push axpush dxpush dspush es;Acknowledge the interrupt with the SB by reading from port 2xF for 16-bit sound.mov dx, REG_DSP_ACK_16in al, dx;Acknowledge the end of interrupt with the PIC by writing 20h to port 20h.mov al, 20hout 20h, al;maintain buffermov ax, _DTmov ds, axmov bx, word ptr [BlockMask]call maintainbuffernot bxmov word ptr [BlockMask], bxpop espop dspop dxpop axiret
_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 segmentassume cs:_CODEsetDMA:push axpush bxpush cxpush dxpush si;重新设置，禁用通道mov dx, REG_DMA_MASKmov al, 4 + SB16_HDMA MOD 4out dx, al;清零操作mov dx, REG_DMA_CLEAR_FFout dx, al;重新设置模式mov dx, REG_DMA_MODEmov al, 58h + SB16_HDMA MOD 4out dx, al;设置DMA地址;ES = buffer segment;SI = buffer offset;DI = block sizemov bx, esshr bx, 13mov cx, esshl cx, 3shr si, 1add cx, siadc bx, 0;输出地址mov dx, REG_DMA_ADDRESSmov al, clout dx, almov al, chout dx, almov dx, REG_DMA_PAGEmov al, blout dx, al;设置sizemov ax, dishr ax, 1mov dx, REG_DMA_COUNTout dx, almov al, ahout dx, al;启用频道mov dx, REG_DMA_MASKmov al, SB16_HDMA mod 4out dx, alpop sipop dxpop cxpop bxpop axret
_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', 0filehandle dw 0samplerate dw 0
_DT ends_CODE segmentassume cs:_CODE, ds:_DT, es:_DTmaintainbuffer:push espush dipush bxpush axpush sipush cxpush dxmov di, word ptr [buffersegment]mov es, dimov di, BLOCK_SIZEand di, bxadd di, word ptr [bufferoffset]push ds;从文件中读入一段音频流mov ax, esmov ds, axmov dx, dimov ah, 3fhmov bx, word ptr [filehandle]mov cx, BLOCK_SIZEint 21hpop dscmp ax, BLOCK_SIZEje mydateret;循环播放mov ax, 4200hmov bx, word ptr [filehandle]sub cx, cxsub dx, dxint 21hmydateret:pop dxpop cxpop sipop axpop bxpop dipop esretinitbuffer:push axpush bxpush cxpush dx;打开文件mov ax, 3d00hmov dx, offset myfileint 21hmov word ptr [filehandle], axmov bx, axmov ax, 4200hsub cx, cxsub dx, dxint 21hmov ah, 3fhmov bx, WORD PTR [fileHandle]mov cx, 12mov dx, OFFSET sampleRateint 21hmov ax, 4200hmov bx, WORD PTR [fileHandle]xor cx, cxsub dx, dxint 21hpop dxpop cxpop bxpop axret_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 00hFORMAT_STEREO   EQU 20hFORMAT_SIGNED   EQU 10hFORMAT_UNSIGNED EQU 00h_CODE segmentassume cs:_CODEresetDSP:push axpush dx;设置DSPmov dx, REG_DSP_RESETmov al, 01hout dx, alsub al, alout dx, almov dx, REG_DSP_READ_BS;等待sb16响应DSPwait1:in al, dxtest al, 80hjz DSPwait1mov dx, REG_DSP_READDSPwait2:in al, dxcmp al, 0aahjne DSPwait2pop dxpop axretwriteDSP:push dxpush axmov dx, REG_DSP_WRITE_BSDSPwait3:in al, dxtest al, 80hjz DSPwait3pop axmov dx, REG_DSP_WRITE_DATAout dx, alpop dxretreadDSP:push dxmov dx, REG_DSP_READ_BSdspwait4:in al, dxtest al, 80hjz dspwait4pop axmov dx, REG_DSP_READin al, dxpop dxretsetsample:push dxxchg al, ahpush axmov al, DSP_SET_SAMPLING_OUTPUTcall writeDSPpop axcall writeDSPmov al, ahcall writeDSPpop dxret;AX = Sampling;BL = Mode;CX = Sizestartplay:call setsamplemov al, 00b6hcall writeDSPmov al, blcall writeDSPmov al, clcall writeDSPmov al, chcall writeDSPretpauseplay:push axmov al, 00d5Hcall WriteDSPpop axretcontinueplay:push axmov al, 00d6Hcall WriteDSPpop axret_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 1024BUFFER_SIZE EQU 1024
assume ds:_DT, es:_DT
_DT segment para public 'DATA'buffer db BUFFER_SIZE DUP(0)bufferoffset db offset bufferbuffersegment 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 NumberSB16_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 + 6REG_DSP_READ       EQU SB16_BASE + 0ahREG_DSP_WRITE_BS   EQU SB16_BASE + 0chREG_DSP_WRITE_CMD  EQU SB16_BASE + 0chREG_DSP_WRITE_DATA EQU SB16_BASE + 0chREG_DSP_READ_BS    EQU SB16_BASE + 0ehREG_DSP_ACK        EQU SB16_BASE + 0ehREG_DSP_ACK_16     EQU SB16_BASE + 0fh;DSP COMMANDS
DSP_SET_SAMPLING_OUTPUT   EQU 41hDSP_DMA_16_OUTPUT_AUTO    EQU 0b6hDSP_STOP_DMA_16           EQU 0d5h;DMA REGISTERS
REG_DMA_ADDRESS    EQU 0c0h + (SB16_HDMA - 4) * 4REG_DMA_COUNT      EQU REG_DMA_ADDRESS + 02hREG_DMA_MASK       EQU 0d4hREG_DMA_MODE       EQU 0d6hREG_DMA_CLEAR_FF   EQU 0d8hIF SB16_HDMA - 5REG_DMA_PAGE       EQU 8bh      ELSEIF SB16_HDMA - 6REG_DMA_PAGE       EQU 89hELSEREG_DMA_PAGE       EQU 8ahENDIFENDIF;ISR vectorISR_VECTOR            EQU ((SB16_IRQ SHR 3) * (70h - 08h) + (SB16_IRQ AND 7) + 08h) * 4PIC_DATA        EQU (SB16_IRQ AND 8) + 21hPIC_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.asm
INCLUDE mybuffer.asm
INCLUDE mydata.asm
INCLUDE myisr.asm
INCLUDE mydsp.asm
INCLUDE mydma.asm_CODE segmentassume cs:_CODE
start:mov ax, _DTmov ds, axcall installISRcall initbuffermov si, word ptr [buffersegment]mov es, simov si, word ptr [bufferoffset]mov di, BLOCK_SIZE * 2call setDMAcall resetDSPmov ax, word ptr [samplerate]mov bx, FORMAT_MONO or FORMAT_SIGNEDmov cx, BLOCK_SIZEcall startplaymov ah, 0int 16hcall pauseplaycall installISRmov ah, 4chint 21h
_CODE ends
end 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

　　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