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：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
_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+]
        xchg word ptr es:[di+], bx
        mov word ptr [si+], 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

.
_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,  + SB16_HDMA MOD
        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
        out dx, al
 
        ;设置DMA地址
        ;ES = buffer segment
        ;SI = buffer offset
        ;DI = block size
        mov bx, es
        shr bx,
        mov cx, es
        shl cx,
        shr si,
        add cx, si
        adc bx, 
 
        ;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,
        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
        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',
    filehandle dw
    samplerate dw
_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,
        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
    BUFFER_SIZE EQU
assume ds:_DT, es:_DT
_DT segment para public 'DATA'
 
    buffer db BUFFER_SIZE DUP()
    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 
 
 ;IRQ Number
 SB16_IRQ    EQU 
 
 ;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 +
 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 - ) *
 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 -
    REG_DMA_PAGE       EQU 8bh
 ELSE
    IF SB16_HDMA -
       REG_DMA_PAGE       EQU 89h
    ELSE
       REG_DMA_PAGE       EQU 8ah
    ENDIF
 ENDIF
 
 ;ISR vector
 ISR_VECTOR            EQU ((SB16_IRQ SHR ) * (70h - 08h) + (SB16_IRQ AND ) + 08h) * 
 
 PIC_DATA        EQU (SB16_IRQ AND ) + 21h
 PIC_MASK               EQU  SHL (SB16_IRQ AND )

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 segment
     assume cs:_CODE
start:
    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 *
    call setDMA
    call resetDSP
    mov ax, word ptr [samplerate]
    mov bx, FORMAT_MONO or FORMAT_SIGNED
    mov cx, BLOCK_SIZE
    call startplay
    mov ah,
    int 16h
    call pauseplay
    call installISR
    mov ah, 4ch
    int 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 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

　　这个道理也很显然，就是它把32位当成2个16位，当然就会变成1/2速度了

　　更重要的一点是，它的播放是有频率的，由于我们是直接往DMA里面输入，所以播放频率就是输入的速率，大概是10000HZ左右，所以只要转换音乐到这个频率附近，就可以正常播放了，如果太小或太大，则播放速率会有明显的加快或变慢的特点。

　　

　　

　　关于编译环境，在dosbox环境下，我这边tasm和masm都可以编译和链接成功和正常运行

　　orz 大概就是这样了，如果有什么问题，欢迎指出