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Emulación del hardwarede audio del

Commodore Amiga.

Digitalizador y reproductorestéreo de sonido

digitalizado.

Análisis e implementación delemulador.

Miguel Angel Rodríguez Jódar

Departamento de álgebra, computación, geometría y topologíaFacultad de Informática y Estadística

Universidad de Sevilla, 1995

Emulación del hardwarede audio del

Commodore Amiga.

Digitalizador y reproductorestéreo de sonido

digitalizado.

Análisis e implementación delemulador.

Miguel Angel Rodríguez Jódar

Director de proyecto: Prof. Gabriel Jiménez Moreno

INDICE GENERAL

1.- Introducción al registro digital.

1.1.- Registro analógico y registro digital. Historia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1

1.2.- Descripción del proceso de digitalización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.6

1.2.1.- El proceso de discretización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.6

1.2.2.- El proceso de cuantización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.10

1.3.- Tecnología de la digitalización del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.13

1.4.- Manipulación de señales digitalizadas: efectos de sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.16

1.5.- Compresión del sonido digitalizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.21

1.6.- Almacenamiento del sonido digitalizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.23

2.- Introducción al hardware de audio del Commodore Amiga.

2.1.- El circuito integrado 8364 o PAULA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1

2.2.- Descripción del funcionamiento del sistema de audio en el Amiga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3

3.- Introducción al secuenciamiento musical.

3.1.- El secuenciamiento como instrumento de composición musical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1

3.2.- El lenguaje de composición musical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3

3.3.- Los secuenciadores en el Amiga. El formato MOD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.7

4.- Estudio de la viabilidad de la emulación en un PC AT 386.

4.1.- El temporizador programable 8254 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1

4.2.- El controlador programable de interrupciones 8259A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4

4.3.- El puerto paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6

4.4.- Ejecución en background. Degradación del rendimiento del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.9

4.5.- Prueba de emulación de un canal digital por el puerto paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.11

4.6.- Reproducción de varios canales digitales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.14

5.- El modo 32-bit flat pointer en modo real o REALMEM.

5.1.- El modo real y protegido en un i80386 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1

5.2.- El modo REALMEM 32 bits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4

5.3.- El gestor de memoria extendida XMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6

6.- Descripción del hardware de audio a implantar en el PC.

6.1.- Esquema funcional y eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1

6.2.- Programación de la tarjeta de sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.14

7.- La rutina de ejecución del intérprete MOD.

7.1.- Descripción del funcionamiento del intérprete MOD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1

7.2.- Listado fuente de la biblioteca de rutinas para cargar y ejecutar MOD’s . . . . . . . . . . . . . . 7.22

A.- Anexos

1.- Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A.1

2.- Agradecimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A.3

3.- El altavoz interno. Reproducción de música digital usando la modulación PWM . . . . . . . . A.4

MULTIMDIA en PC. Emulación del hardware de audio del Commodore Amiga. Digitalizador y reproductor estéreo de sonido digitalizado. Pag. 1.1

1. INTRODUCCION AL

REGISTRO DIGITAL.

1.1.- Registro analógico y registro digital. Historia.

A principios de siglo con el fonógrafo de Edison se establecieron las bases de lo que debía ser el

registro analógico del sonido. Este consiste a grandes rasgos en convertir las variaciones de presión del

aire producida por los instrumentos musicales, que llamamos sonido, a otro tipo de variaciones

susceptibles de poder ser almacenadas en un medio, y de volver a ser convertidas de nuevo en sonido.

En los primeros tiempos del registro analógico se hacía incidir las variaciones de presión del aire sobre

una membrana adosada a un estilete grabador. Este estilete se movía sobre un cilindro recubierto de cera

o parafina. El cilindro giraba sobre su eje mientras avanzaba lentamente, con lo que el estilete nunca

pasaba dos veces por el mismo sitio en cada vuelta sino que dibujaba una espiral a todo lo largo de la

superficie lateral del cilindro. El sonido al incidir sobre el mecanismo membrana-estilete hacía que

vibrase éste con la misma intensidad y frecuencia que lo hacía el aire de su alrededor, y esa vibración se

reflejaba en la cera formando surcos que dibujaban el aspecto de la onda sonora captada.

Una vez seca la cera, se volvía a pasar el estilete por los surcos de la misma manera y a la misma

velocidad con lo que el estilete se movía siguiendo el dibujo antes creado. El movimiento se amplificaba

mecánicamente mediante una bocina para que fuese audible.

Este mecanismo que en esencia se sigue usando en los giradiscos de los equipos HIFI

usa el método más simple de codificación del sonido, a base de grabar las vibraciones mecánicas que

produce. Realmente no hay una transducción, es decir, una conversión de una variación de energía en una

variación de otro tipo de energía ya que sólo se usa las ondas mecánicas que transmiten las vibraciones

a través de medios elásticos como el aire o el metal del mecanismo del fonógrafo.

Obsérvese que no era posible una posterior manipulación del sonido, salvo modificar la velocidad de

reproducción o reproducir la grabación hacia atrás.


Con el auge de la electricidad surgieron los primeros transductores eléctricos: el micrófono en su

concepción primitiva consistía en dos electrodos separados por una capa de carbón granulado que hacía

variar su resistencia al variar la presión sonora que incidía sobre él. Una corriente continua que atravesase

dicho micrófono experimentaría variaciones de intensidad proporcionales a aquéllas. Dichas variaciones

podían ser amplificadas mediante válvulas electrónicas y dirigidas hacia un altavoz. Este es el transductor

opuesto al micrófono y convierte las variaciones de tensión e intensidad eléctricas en variaciones de la

presión sonora.

La tecnología de los altavoces ha variado poco desde su concepción. Este dispositivo consta de una

bobina eléctrica móvil adjunta a un cono de cartón al que hace vibrar. La bobina se mueve dentro del

campo magnético creado por un imán permanente. La señal amplificada se hace pasar por esta bobina que

crea un campo magnético que repele en mayor o menor medida al campo magnético del imán permanente

moviéndose, junto con la membrana.

La utilización de señales eléctricas para conducir el sonido trajo muchas ventajas en el diseño de

aparatos reproductores de discos que empezaron a formar parte del mobiliario doméstico. A su vez, la

circuitería de estos dispositivos iba complicándose añadiendo mandos de volumen, tono, ecualizadores,

etc...

Paralela a la evolución de la grabación en disco mediante aguja grabadora, surgió y evolucionó la

grabación magnética. En ésta, el sonido una vez convertido a electricidad modula el campo magnético

de una bobina por la que pasa una cinta de plástico recubierta en su superficie de un material con alta

remanencia magnética a una velocidad constante. Las variaciones del flujo magnético magnetizan de

forma variable la sección de cinta magnética situada en el entrehierro de la bobina. En la reproducción

se hace pasar la cinta magnetizada por la bobina. Las variaciones del flujo magnético inducen una

pequeña corriente en la bobina que, una vez amplificada, puede ser escuchada por el altavoz.

En todos los sistemas de grabación de sonido vistos hasta ahora hay algo en común: existe un medio

susceptible de ser impresionado por una energía que varía de la misma forma que lo hace el sonido que

se quiere almacenar. Esta impresión se realiza de manera continua, a lo largo de dicho medio,

almacenando desde sutiles cambios de volumen, hasta sonidos muy altos, existiendo una gama infinita

de volúmenes intermedios, gama limitada sólo, en principio, por las imperfecciones que pueda tener el

medio usado para la grabación y a la precisión de los transductores usados en el proceso. Esta forma de

grabar sonido se denomina registro analógico.


Cuando se ha explicado el proceso de grabación en disco o cinta no se ha tenido en cuenta un factor

importante: el ruido. En efecto, todo proceso que conlleve la utilización de electricidad debe contar con

que los componentes electrónicos generan ruido en mayor o menor medida. Además, la precisión de los

transductores no es ilimitada, por lo que el sonido escuchado no será el mismo en una reproducción que

en la siguiente. De hecho, la interacción transductor-medio degrada este último, de modo que cada vez

el sonido grabado se escucha un poco peor.

Para paliar en alguna medida este efecto se han diseñado algunos sistemas tanto de reducción de ruido

como para evitar producirlo. Entre los primeros se encuentra el sistema Dolby, que en su versión B (la

más extendida en el ámbito doméstico) se usa en la grabación y reproducción de cintas magnéticas. El

problema que intenta paliar este sistema es el llamado ruido de modulación que se produce durante la

grabación de la cinta. Este ruido existe durante todo el pasaje musical aunque normalmente se ve ahogado

por la diferencia de volumen del sonido grabado respecto a él; pero en pasajes musicales más sosegados

sí que se nota como un siseo o ruido blanco. Realmente no es un ruido blanco ya que su espectro de

frecuencias se sitúa en la parte alta del rango auditivo, a partir de los 7 Khz.

La manera en que funciona es la siguiente: se sabe experimentalmente cuál es el nivel sonoro de este

ruido respecto a la señal grabada, y el rango de frecuencias en las que actúa, así que en grabación, se hace

pasar el sonido a grabar por un filtro activo de bajo ruido que sube el nivel sonoro tantos dB como los

que se sabe que posee el ruido de modulación pero sólo para frecuencias por encima de los 7 Khz. La

señal así obtenida se graba en la cinta, junto con el ruido de modulación.

En la reproducción la señal captada por la cabeza lectora lleva tanto la señal sonora como el ruido de

modulación. Esta se hace pasar por otro filtro que actúa de manera contraria al usado en la grabación, esto

es, atenúa en un cierto nivel todas las frecuencias superiores a 7 Khz. Con esta atenuación el ruido de

modulación desaparece y la señal de sonido que antes se grabó con dichas frecuencias amplificadas

recupera su nivel original.

En el terreno de la reproducción de discos el problema al que había que enfrentarse fue la diferencia

de nivel de señal entregada por la aguja del giradiscos es menor cuanto más alta era la frecuencia a

reproducir. Esto es debido a que el vástago porta-aguja es relativamente largo lo que hace que su

frecuencia de resonancia sea menor, y por tanto, presente una inercia mecánica mayor en frecuencias

altas.


La solución adoptada se conoce como norma de ecualización RIAA. El sonido grabado en un disco

tiene atenuadas las bajas frecuencias y realzadas las altas frecuencias de manera que la aguja siempre

ofrece una inercia mecánica constante en todo el espectro de frecuencias audibles. La señal entregada al

amplificador pasa antes por el corrector RIAA que linealiza la señal de audio a la vez que la amplifica

para poder manejarla con el menor ruido posible.

Además del problema del ruido, existe otro muy importante, debido a la mecánica encargada de mover

el medio de almacenamiento ante el transductor. Este movimiento que debería ser constante no lo es por

razones de precisión, y esto origina fluctuaciones en la frecuencia de la señal captada.

A principios de la década de los 80 los laboratorios de Philips crearon el disco compacto (compact

disc o CD). Este medio ofrecía características revolucionarias respecto a sus predecesores, y todo ello

basándose en el registro digital.

Se ha indicado anteriormente que la información guardada mediante el registro analógico podía tomar

cualquier valor entre unos límites, que por la imprecisión de los transductores, dicha información se

recuperaba de forma más o menos ambigua, y que en el proceso de reproducción era degenerativo, o sea,

que en cada reproducción empeoraba la calidad del sonido.

Todo ello es debido a que el registro analógico traduce las variaciones de presión sonora en

variaciones de algún tipo de energía susceptible de ser almacenada, pero no nos ofrece ninguna garantía

de que estas variaciones almacenadas reflejen fielmente el sonido que las causó. Simplemente se limitan

a estar ahí.

En el registro digital se intercala una operación más con la señal antes de ser grabada: la digitalización.

Esta operación, a groso modo, asigna una serie de números a una señal sonora, y son éstos los que se

graban en el medio. Las ventajas de codificar señales mediante números son múltiples: en principio, y

dado que son números, se puede operar con ellos normalmente, y según la operación se modificará de una

forma u otra la señal a la que van asociados. Esto se denomina procesamiento digital.

Además de esto, su grabación es más sencilla y fiable. Ya no hay que tratar con variaciones sutiles de

la información porque un número se puede almacenar en formato binario con lo que sólo necesitamos

discernir entre dos niveles de información, que se pueden escoger de manera que el error producido al

confundir uno con otro sea muy pequeño.

Si a esto añadimos que se pueden aprovechar todos los mecanismos de detección y corrección de

errores, compresión de datos, etc... podemos asegurar que el registro digital es mucho más fiable que el

analógico, aunque no está exento del todo del problema del ruido.


El primer soporte digital fue, como ya se apuntó, el CD. Este emplea para almacenar la información

binaria tiras de agujeros y no-agujeros formando una espiral desde el borde del disco hasta su centro.

Cada pequeño agujero llamado depresión representa un 0, mientras que la no existencia de agujero en una

zona representa un 1.

El CD se lee mediante un rayo láser haciéndolo incidir en dichos agujeros, y reflejándose hacia una

parte u otra según lo haya o no. De esta manera se recuperan los datos numéricos grabados en el disco

y se tratan por el sistema reproductor digital.

Con la llegada de los ordenadores electrónicos, que funcionan bajo el mismo principio de unos y ceros,

el registro digital se ligó de manera permanente a ellos, aprovechándose de su potencia de cálculo. De

esta manera, la información musical no solo se guarda en discos CD sino también en la memoria de un

ordenador, o en un simple fichero en el disco duro. Sólo varía el mecanismo para leer dichos datos

numéricos.


1.2.- Descripción del proceso de digitalización

La digitalización de un sonido es el proceso por el cual se representa una señal sonora mediante una

serie de dígitos que merced a un proceso contrario devuelve la señal original.

Se ha comentado el hecho de que los sistemas de registro analógico tienen una precisión teórica

infinita. Esto es, pueden almacenar cualquier nivel de señal que esté dentro de los límites aceptados por

el sistema de registro. Esto no se cumple en el registro digital, en el cual se graban "instantes" de la señal

sonora. Se demostrará intuitivamente que, para el caso del sonido, estos instantes grabados nos permiten

reconstruir la señal entera sin pérdidas.

Antes de pasar a la sección siguiente, conviene recordar que estamos manejando señales con

frecuencias comprendidas entre 20 y 20.000 Hz que corresponde al rango de percepción del oído humano.

Este tipo de señal, por tener un mínimo y un máximo de frecuencia se denomina señal limitada en

banda. Esta limitación será la que permita al sistema de registro digital poder trabajar perfectamente.

Las etapas de la digitalización del sonido son dos: discretización y cuantización.

1.2.1.- El proceso de discretización.

Se ha introducido la cuestión de que para digitalizar un sonido hay que tomar muestras del

volumen del mismo. Ahora bien, ¿cuántas muestras hay que tomar para poder decir que se ha

guardado toda la información que contiene esa señal?. Para dar respuesta a esta pregunta es

necesario analizar el tipo de información que contiene una señal de audio. [GRE89]

A partir de ahora la consideraremos como una función en el tiempo que toma un valor

determinado de volumen V comprendido ente un máximo y un mínimo, en cada instante de

tiempo t.

Esta función es continua en el tiempo, como lo son prácticamente todas las funciones que

reflejan sucesos de la Naturaleza, y además el estar limitada en banda, el volumen no puede variar

muy rápidamente en un intervalo de tiempo muy pequeño.

Teniendo en cuenta estas premisas vamos a estudiar la señal de audio desde el punto de vista

de la frecuencia.


Figura 1.2.1.1: Señal analógica de audio.

1 2Sea S(t) definida en [t ,t ] una función que representa a una señal de audio limitada en banda

como ya se ha descrito, en un intervalo de tiempo (Fig. 1.2.1.1). Entonces dicha función se puede

escribir de la forma siguiente:

n nS(t)=E a cos(nT)+b sen(nT)

Lo cual nos dice que cualquier señal de audio puede ser generada a partir se señales

sinusoidales de frecuencias 1/T, 1/2T, 1/3T, etc...

Estas señales son los armónicos de la señal original. Al estar la señal limitada en banda la

suma de armónicos anterior será finita, siendo el último término de la suma el correspondiente

al armónico de frecuencia igual a la frecuencia máxima que genera la señal que son 20.000 Hz.

n nLos a y b son los coeficientes de Fourier de la señal y expresan el volumen que la señal posee

para cada frecuencia en particular.

La idea entonces consiste en averiguar cuánta información hace falta para poder reproducir sin

problemas el armónico de frecuencia más alta. Si nos fijamos en la componente de 20.000 Hz,

vemos que consiste en una señal sinusoidal que parte del cero, alcanza un valor máximo, vuelve

a pasar por cero, alcanza un valor mínimo, y vuelve otra vez a 0.

Por ser una señal sinusoidal sabemos cómo generarla. También sabemos cuál es su frecuencia;

lo único que nos deben dar son los valores máximo y mínimo que toma, lo que nos da:

f(t)=MAXIMO*sen(2*B*20000t) si 0#t<B

f(t)=MINIMO*sen(2*B*20000t) si B#t#2B


Figura 1.2.1.2: Señal de audio discretizada en el tiempo.

Esto nos dice que bastan dos muestras por período para reconstruir la componente de máxima

frecuencia de la señal de audio. El mismo razonamiento sigue para frecuencias inferiores a ésta,

sólo que la función f(t) resultante tendrá más de dos ramas, pero se reconstruirá con más facilidad

que si fueran sólo dos. Ello nos conduce a la conclusión de que para digitalizar una señal de audio

limitada en banda y con una frecuencia máxima de 20.000 Hz hay que tomar como mínimo,

muestras a una frecuencia de 40.000 Hz.

Esta frecuencia de muestreo mínima, hallada aquí de forma intuitiva, es el resultado de aplicar

el teorema fundamental del muestreo, y la frecuencia obtenida se suele llamar frecuencia de

Nyquist [ANG90]. En la figura 1.2.1.2 se puede observar la toma de muestras a la señal original

en determinados instantes.

Cada instante de sonido muestreado se traducirá en una posición en la memoria de

almacenamiento digital de nuestro sistema de registro digital. Se ve que cuanto más alta es la

frecuencia máxima mayor debe ser la frecuencia de muestreo, y por tanto mayor será el espacio

ocupado por la grabación digital.

En la práctica no se emplea la frecuencia mínima de muestreo de 40.000 Hz para registrar un

sonido, sino que se usan 44.100 Hz. Esto se debe a lo siguiente: [CHR93] [GRE89]

Durante la reproducción del sonido digital se generan tres señales: una es la señal que se está

soyendo en ese momento y tiene una frecuencia f ; las otras dos tiene como frecuencias la suma

m sy la diferencia de la frecuencia de muestreo f con la frecuencia de la señal f . Para la


Figura 1.2.1.3: Comportamiento del filtro pasabajos

reconstrucción de la señal de audio se usa un filtro paso-bajo con una frecuencia de corte de

20.000 Hz, pero este filtro no tiene una pendiente de atenuación infinita, sino que el nivel de señal

que pasa por él desciende a un determinado ritmo. Así, si el filtro es de primer orden atenuará 20

dB/octava y si es de segundo orden, 40 dB/octava. Se pueden construir filtros de mayor orden,

pero resultan más costosos y más sensibles a perturbaciones, autooscilaciones, etc...

Por tanto el filtro que se emplea tiene una determinada pendiente de atenuación para señales

mayores que 20.000 Hz, asegurando una atenuación muy fuerte al llegar a los 40.000 Hz.

m sObviamente la componente generada f +f no llegará al sistema amplificador, pero la componente

m sf -f puede caer dentro del límite superior de la banda de audio y cruzar sin problemas el filtro

pasa-bajos añadiéndose a la señal de audio y distorsionarla.

s m sDado que f como mucho valdrá 20.000 Hz, y queremos que f -f sea lo suficientemente alta

mpara que no cruce el filtro, se sube f hasta 44.100 Hz, con lo que la primera componente residual

m sf -f valdrá 24.100 Hz, más de 4 Khz respecto a la frecuencia de corte de 20.000 Hz, con lo que

nos aseguramos de que dicha componente será rechazada por el filtro, aunque éste no tenga una

pendiente de atenuación fuerte (Figura 1.2.1.3).


Figura 1.2.2.1: Señal de audio discretizada y cuantizada.

1.2.2.- El proceso de cuantización.

Es el proceso en el cual se aproxima el valor real de cada muestra a un valor definido y con

un formato manejable por el ordenador. Al contrario que en la discretización en la que no se

producía ninguna pérdida de información si se trabaja con la frecuencia adecuada, en este caso

se va a producir un error inherente al proceso, que en el caso de una señal de audio puede ser

tolerable con una cierta facilidad. [GRE89]

Gráficamente hablando, se puede ver la cuantización de la siguiente manera: si tenemos la

señal de audio ya muestreada y la representamos en los ejes de tiempo y volumen como se hizo

con la señal original, la gráfica resultante será un conjunto de puntos con una distancia horizontal

entre cada uno de ellos igual al período de muestreo (el inverso de la frecuencia de muestreo).

Cada punto corresponde a un valor en el eje de los tiempos correspondiente al instante en que se

tomó esa muestra, y otro valor en el eje de volúmenes que corresponde al volumen de la señal en

ese instante.

Si ahora trazamos líneas horizontales paralelas al eje de tiempos y asignamos un número a

cada una de ellas, se observará que los puntos que componen nuestra gráfica caen en la gran

mayoría entre dos de estas líneas (que llamaremos niveles de cuantización o niveles de

decisión). La cuantización consistirá entonces en sustituir el valor real de volumen de cada

muestra por el número correspondiente a la línea horizontal que tengan más cerca. Ese número

ahora tendrá un valor definido y dentro de un rango conocido, por lo cual se puede almacenar de

manera convencional en la memoria (figura 1.2.2.1).


El error cometido en el proceso de cuantización de cada muestra será igual (de forma gráfica)

a la distancia entre el punto que representa a la muestra y la línea que se ha elegido como

aproximación. Se intuye que cuantas más líneas se utilicen, menor será el error cometido y por

tanto mayor será la calidad del sonido digitalizado; pero esto tiene un inconveniente y es la

cantidad de memoria que se necesita para almacenar el valor de cada muestra. Si usamos 16

niveles de cuantización podemos almacenar dos muestras por byte, con una calidad de sonido

bastante regular a no ser que se trate de señales simples o voz humana. Si se usan 256 niveles,

tendremos una muestra por byte con una calidad de sonido muy buena para propósitos generales,

y si se usan 65536 niveles de cuantización el sonido resultante no podrá distinguirse del original

pero cada muestra ocupará dos bytes.

Una medida de la calidad del sonido en un sistema de audio es la relación señal/ruido (SNR)

que se define como:

Entonces se demuestra que una señal digitalizada con n bits (lo que significa 2 niveles den

cuantización) tiene una SNR igual a:

SNR=4,6+6n

Para fijar ideas, tener en cuenta que la SNR que da un plato giradiscos es mayor de 40 dB, y

que un lector de CD puede alcanzar sin problemas los 90 dB.

Pero el problema fundamental con que se tiene que enfrentar los sistemas de audio digitales

consiste en un tipo de distorsión que se deriva del proceso de cuantización y que se denomina en

algunos textos como distorsión de cruce cero.


Cuando se escucha en un sistema de audio convencional una pieza musical que contiene

pasajes a bajo volumen, nuestro oído capta los sutiles matices de volumen que se producen

durante éste. Estos cambios tenues de volumen se producen a nivel eléctrico muy cercanos al

punto de 0 voltios que corresponde al punto estático de trabajo del circuito amplificador del

sistema. Al variar muy poco el punto de trabajo dinámico del punto estático la fidelidad con la

que se reproducen esos sonidos es mayor que si el volumen fuera mayor. En este último caso el

punto de trabajo dinámico se aleja del punto estático y se corre el peligro de saturar la etapa de

amplificación dando lugar a lo que se conoce como distorsión de corte.

En cambio, si se escucha el mismo pasaje en un sistema digital ocurre lo contrario. En este

caso, al digitalizar la parte a bajo volumen, las muestras quedan casi todas contenidas entre dos

únicos niveles de cuantización perdiendo todos los pequeños cambios de volumen por no haber

niveles intermedios. Un fenómeno acusado de este tipo causa un ruido como un crujido

acompañando al pasaje de bajo volumen. Este crujido es causado por las transiciones bruscas de

un nivel de cuantización al inmediato superior o inferior en lugar de hacer una transición suave

como estaba previsto en la señal original.


1.3.- Tecnología de la digitalización del sonido.

En el tratamiento digital del sonido existen dos dispositivos fundamentales: el ADC o conversor

analógico-digital, y el DAC o conversor digital-analógico.

Alrededor de estos dos dispositivos existen otros auxiliares que potencian y ayudan en el diseño de

un sistema digital. Como ejemplo se pueden citar los circuitos de muestreo y retención, los circuitos de

retardo analógico, los filtros digitales, los circuitos de compresión ADPCM y los DSP (procesadores

digitales de señal) que combinan muchos de éstos últimos. [TRA87]

El conversor analógico-digital.

Muestrea la señal de audio existente en su entrada y la codifica entregando su valor binario en un bus

de salida. La señal entra a un circuito de muestreo y retención que funciona como una memoria analógica

reteniendo el valor de tensión que aparece en la entrada cuando el circuito recibe un pulso activo. Este

pulso se repite con una cadencia igual a la frecuencia de muestreo que se aplica a la señal.

La tensión almacenada sirve de entrada al conversor propiamente dicho. Este necesita una tensión

constante en su entrada para poder cuantizarla sin errores, y por eso se hace pasar antes por el circuito de

muestreo y retención.

Hay varias técnicas para realizar la cuantización. La más sencilla y a la vez la más rápida, pero

también la más cara es la usada por los llamados ADC flash-converter. Estos disponen de una batería de

2 comparadores analógicos dónde n es el número de bits de resolución del conversor. Cada comparadorn

compara la señal de entrada con una fracción de la señal máxima que soporta el ADC y entrega un valor

binario como resultado. Los 2 resultados se aplican a un codificador que proporciona la salida enn

notación binaria convencional, o en complemento a 2.

Este tipo de ADC no precisa de una señal de reloj para su funcionamiento ya que todos los elementos que

intervienen son combinacionales. Con frecuencia ni siquiera necesitan de un circuito S&H (muestreo y

retención) ya que son muy rápidos. El coste de este tipo de ADC viene dado por la necesidad de integrar

en el CI los 2 comparadores. Para una resolución de 8 bits se necesitan 256 comparadores, y para 16 bitsn

se necesitarían 65.536.

Otro tipo de ADC es el de cuenta y comparación o ADC rampa (Figura 1.3.1). Es de un diseño muy

sencillo pero resulta demasiado lento para algunas aplicaciones. La señal de audio muestreada por el S&H

es enviada a un comparador analógico. La otra entrada del comparador viene de la salida de un DAC que

controla un contador. Inicialmente este contador está a 0, y cuando se inicia la conversión, el


Figura 1.3.1: Cronograma de una conversión con un ADC rampa.

contador empieza a incrementar su cuenta, con lo que la tensión aplicada al comparador empieza a

acercarse a la de la señal. En el momento en que la rebasa, el comparador conmuta su salida lo que hace

parar al contador. El valor presente en ese momento en el contador es el valor binario de la señal que

queremos digitalizar.

De concepción parecida al anterior pero más rápido es el ADC de aproximaciones sucesivas. En éste

se cambia el contador por un SAR (registro de aproximaciones sucesivas). Con este método se emplean

n ciclos de reloj para realizar la conversión. El SAR se carga inicialmente con el valor 1000.....0 y se

realiza la primera comparación. Si la señal de entrada es mayor que la del SAR se deja el bit más

significativo como está; si no, se pone a 0. En el siguiente ciclo de reloj se repite el proceso para el bit

n-1 poniéndose en principio a 1 y conmutando a 0 según la comparación. Al cabo de los n ciclos el valor

contenido en el SAR es el valor digital que más se aproxima a la señal de entrada (Figura 1.3.1).


Figura 1.3.2: Cronograma de una conversión con un ADC de aproximaciones sucesivas.

El conversor digital-analógico.

Toma en su bus de entrada los datos digitales más una señal de validación, si fuera necesaria, y genera

una tensión analógica proporcional a dicho dato. Son dispositivos más sencillos en cuanto a su

concepción, pero deben ser muy precisos.

En su concepción más simple se compone de una red de resistencias más unos interruptores analógicos

controlados por cada uno de los bits del dato a convertir. Cuando un bit está a 1 cierra un interruptor y

deja pasar una cierta cantidad de intensidad a través de la red. Las diferentes combinaciones de 1's y 0's

hacen variar la intensidad total en la red, y gracias al diseño de ésta, se produce en al salida del conversor

una intensidad o una tensión proporcional al valor binario del dato de entrada.

La señal que proporcionan a la salida debe ser filtrada para linealizar la señal de salida. Si no se filtra,

ésta aparece en el osciloscopio como una señal analógica discontinua, tal y como la entrega el S&H.


1.4.- Manipulación de señales digitalizadas: efectos de sonido.

Con la posibilidad de poder convertir señales de audio a números se ampliaron las posibilidades de

post-producción del sonido. Esto es, alterarlo una vez grabado.

Con el registro analógico convencional, a pesar de sus limitaciones, se habían diseñado algunos

efectos: se podía cambiar la velocidad y el sentido de la reproducción, se podía distorsionar el sonido,

modularlo en frecuencia y/o amplitud para conseguir efectos de vibrato y trémolo, e incluso se habían

diseñado generadores de eco analógicos, que usaban un muelle fijado por uno de sus extremos a un

altavoz, y por otro a un micrófono. El sonido emitido por el altavoz hacía vibrar el muelle provocando

un sin fin de rebotes en el mismo, que eran captados por el micrófono y vueltos a amplificar.

Todo esto hizo posible la aparición de la llamada música concreta en Francia, precursora de la actual

música electrónica. En aquella el sonido era sometido a estos efectos, haciendo montajes sobre cinta con

las nuevas grabaciones alteradas.

El registro digital no sólo permite la realización de todos estos efectos, sino que además permite otros

no posibles con el registro analógico, y además sin coste alguno de dispositivos, ya que todos los efectos

se pueden realizar mediante cálculos matemáticos con los datos digitales dentro de la memoria de un

ordenador. Existen, no obstante, circuitos que proporcionan de manera directa y en tiempo real estos

cálculos de efectos sonoros: son los DSP o procesadores digitales de señal.

A continuación se escribirán algunos de estos efectos y su forma de calcularlo. [BIN88]

Distorsión: consiste en multiplicar cada dato digital por una constante positiva lo suficientemente grande

para que alguno de los resultados excedan del rango de los datos digitales. Esto es, supongamos que

trabajamos con 8 bits, y nuestro rango va desde el -128 hasta el 127, entonces, al multiplicar la secuencia

-100, -45, -18, 0, 26, 50, 80, 125 por 3 nos da la siguiente: -128, -128, -54, 0, 78, 127, 127, 127. Los

valores que al ser multiplicados exceden del rango son truncados al valor máximo dentro del rango. Esto

se traduce gráficamente en que la señal sufre un corte tanto en el lado positivo como en el negativo. La

distorsión producida se llama distorsión de corte.


Procedimiento Distorsion (A[1..n], factor)

para i:=1 hasta n hacer

temp:=A[i]*factor

si temp>MAXIMO

temp:=MAXIMO

sino

si temp<MINIMO

temp:=MINIMO

finsi

finsi

A[i]:=temp

finpara

Fin

Eco y reverberación: el eco consiste en una repetición del la señal a causa de una reflexión de la onda

en una pared, con una cierta pérdida de potencia.

Para que se pueda hablar de eco, la distancia entre el foco emisor de sonido y la pared debe ser mayor que

17 metros. Estos porque para que el oído humano perciba dos sonidos como sonidos diferentes deben

estar distanciados 0.1 segundos uno respecto al otro como mínimo.

Si no se cumple este requisito, el efecto se denomina reverberación.

El efecto se puede crear mezclando la señal de audio consigo misma, retrasada en el tiempo. Para

retrasarla se puede emplear una memoria gestionada como una cola FIFO, de cuya longitud dependerá

el retraso obtenido (Figura 1.4.1).

Procedimiento Eco (A[1..n], retardo, atenuacion)

para i:=1 hasta n-retardo hacer

A[i+retardo]:=(A[i+retardo]+A[i]*atenuacion)/2

finpara

Fin


Figura 1.4.1: Diagrama de bloques de una unidad de ECO digital.

Phasing: es un tipo de reverberación en el que la señal sólo es retrasada unas cuantas muestras. En este

caso se percibe un sólo sonido, al estar mezclado dicho sonido con otro casi igual que él, se producen

múltiples reforzamientos y cancelaciones de fase que originan una falsa sensación de variación del "pitch"

o afinación de dicho sonido.

Sliding: efecto parecido al que hacen los guitarristas al deslizar los dedos por una de las cuerdas para

alterar suavemente su tono. Se crea variando la frecuencia de muestreo en reproducción suavemente.

Filtraje digital: consiste en someter los datos digitales a una transformada de Fourier, para después

eliminar sencillamente las componentes de frecuencia no deseadas. Al resultado se le aplica una

transformada inversa. La señal de salida es la versión filtrada de la entrada. Una versión de este

procedimiento aplicable en tiempo real usa la transformada inversa de Euler.


Procedimiento Filtrar_Bajos (A[1..n], frecuencia)

B[1..n]=(0,0,0,......,0)

Transformada_Fourier (A[1..n],B[1..n])

para i:=frecuencia hasta n hacer

A[i]:=0

B[i]:=0

finpara

Transformada_inversa (A[1..n],B[1..n])

Fin

Otra implementación de este efecto se consigue usando la transformada Z de la señal de entrada y la del

filtro a construir. Esta opción resulta en un algoritmo al que se le dan los valores de entrada de la señal

y va produciendo los valores de salida ya filtrados. La sencillez del método posibilita su uso en tiempo

real.


Donde w es la frecuencia de corte del filtro, y T es el período de muestreo de la señal a filtrar.

Falso estéreo: usa la sensación de profundidad que crea el efecto reverberación, pero esta vez no mezcla

las dos señales sino que envía cada una a un altavoz distinto.

Procedimiento Estereo (A[1..n], profundidad)

para i:=1 hasta n-profundidad hacer

DAC_Izquierdo (A[i])

DAC_Derecho (A[i+profundidad])

finpara

Fin


1.5.- Compresión del sonido digitalizado.

La digitalización de un sonido supone una lista bastante extensa de números que deben almacenarse

en la memoria de un ordenador o el dispositivo de almacenamiento que precise (CD, cinta digital, etc...).

Cada uno de estos dígitos ocupa un espacio físico en dicho medio, por lo que cuanto más largo sea el

sonido a digitalizar más ocupará en memoria.

Sin embargo, la lista de dígitos resultante del proceso de digitalización tiene una característica que

permite "adivinar" hasta cierto punto cuál es el siguiente dato de la lista: al ser dicha sucesión las

imágenes de una función continua cuyos puntos están muy próximos unos de otros y a una distancia

constante, las imágenes también estarán muy cerca. Por otra parte almacenar cada punto de la imagen

cuesta un número determinado de bits, dependiendo de la resolución del muestreo. Ahora bien, al ser los

elementos de esta sucesión muy próximos en valor unos de otros, podemos almacenar la diferencia de

valor que hay de un elemento al siguiente. Esta diferencia será un número muy sencillo que puede ser

almacenado con menos bits que el elemento original.

Ejemplo: sea la sucesión 0,2,2,4,5,7,10,9,8,8. Si la resolución a la que fueron tomadas estas muestras

fue de 16 bits, la sucesión completa ocupará 20 bytes (160 bits). Si en lugar de eso almacenamos sus

diferencias obtenemos la sucesión:

0,2,0,2,1,2,3,-1,-1,0. El primer valor no es una diferencia, sino el primer elemento de la sucesión de

partida; se puede reconstruir la sucesión original a partir de esta sumando todos los elementos desde el

primero hasta aquél cuya posición es la del elemento que queremos hallar.

Ahora cada elemento puede guardarse en complemento a 2 en un espacio de 3 bits, lo que da para este

ejemplo una ocupación total de 30 bits. 5 veces menos que la sucesión original.

Al formato usado en la sucesión de partida, en dónde los datos están sin comprimir se le llama PCM

(Pulse Code Modulation) o modulación por pulsos codificados. La sucesión con los elementos

comprimidos está en formato DPCM (Delta PCM).

El inconveniente de este sistema de compresión aparece cuando la diferencia entre un elemento y el

siguiente es tan alta que sobrepasa la capacidad del formato de bits elegido para los elementos

comprimidos. En ese caso se almacena la máxima diferencia admisible por el formato y se continúan los

cálculos con el valor modificado.


Ejemplo: si en la sucesión anterior, con el formato comprimido de 3 bits continúa de esta forma.

..,9,8,8,2,0,3,... la versión comprimida sería ..,-1,-1,0,-4 (porque -6 no cabe en 3 bits), -4 (en lugar de -2,

ya que ahora la sucesión ha cambiado a 9,8,8,4,0,3), 3,...

Con la aparición del mini-disc de Sony con un menor tamaño y con la capacidad de poder ser grabado

por el usuario, se hizo necesaria la introducción de nuevas tecnologías de compresión del sonido. La

usada por Sony se aprovecha de las "deficiencias del oído humano que es incapaz de percibir

determinados matices de la música que aunque se registran en el CD normal, no son percibidos por el

oyente.

El sistema mini-disc emplea una doble técnica de compresión durante la grabación: una vez

digitalizada la señal ésta es enviada en grupos de 1 Mbit hacia una memoria intermedia que sirve a la

unidad de control para la calibración de la velocidad de giro del disco. Cada grupo de señal se hace pasar

por un DSP que realiza una transformada de Fourier de los datos, y a partir de aquí empieza la

compresión.

No todos los datos resultantes de la transformación se graban: siguiendo la curva de respuesta en

frecuencia del oído humano se descartan aquellas frecuencias cuya potencia no alcanza el umbral mínimo

para ser percibidas, por otra parte todas aquellas componentes en frecuencia cuya potencia sea muy

pequeña en comparación con las componentes inmediatas en valor también son descartadas ya que la

componente de mayor potencia "ahoga" a la de menor potencia con lo que tampoco es percibida por el

oído.

Las componentes de frecuencia que han pasado esta doble selección son las que se realmente se

graban, en formato de 16 bits junto con las marcas de inicio y fin de bloque, y las señales que indican que

falta una determinada componente frecuencial. En la reproducción se van leyendo bloques de señal a una

gran velocidad y son transformadas de nuevo a sucesiones de datos temporales que pasan por un

conversor D/A de 16 bits para ser escuchadas.

Gracias a esta técnica de compresión se pueden grabar hasta 70 minutos en un disco de 3,5 pulgadas.


1.6.- Almacenamiento del sonido digitalizado.

A continuación, y como ejemplo de las técnicas discutidas anteriormente, describiremos la tecnología

de codificación del sonido en un Compact Disc [RIF91]

El sistema de almacenamiento y reproducción del CD fue diseñado, conjuntamente por Philips y Sony

en junio de 1980.

La señal analógica que transmite el sonido es muestreada 44.100 veces por segundo y, a cada muestra,

se le asigna un valor numérico (amplitud de la señal) ente 0 y 2 -1. Este valor da un vector binario de16

16 componentes, que escribiremos como dos elementos de GF(2 ). Teniendo en cuenta que8

transmitiremos señal estéreo, cada muestra estará formada por cuatro elementos de GF(2 ), dos para el8

canal derecho y dos para el canal izquierdo.

La información es grabada después de haberla codificado concatenando dos códigos RS sobre GF(2 ),8

con interleaving. La longitud de estos códigos es n=2 -1=255, su dimensión es k=n-d+1=251 y su8

distancia mínima es d=5.

En el canal interno de la concatenación no se usa el código RS(255,d=5), sino el código recortado

hasta una longitud de n=28. Por abuso de lenguaje diremos que utilizamos un código RS(28,d=5), sobre

GF(2 ). En el canal externo de la concatenación se usa el mismo código RS, recortado hasta longitud8

n=32; hablaremos del código RS(32,d=5).


En el esquema siguiente se recogen los rasgos más característicos del proceso de concatenación.


La grabación en disco se hace en una pista espiral marcando, físicamente, áreas planas y hundidas.

Cada vez que ocurre una transición de un área plana a una área hundida, o viceversa, se lee un 1 y en caso

contrario se lee un 0, según la longitud de la zona recorrida sin cambiar de área. Por ejemplo, en la figura

1.6.1 observamos la secuencia 00 1 000 1 000000 1 00 1 0000 1 000, grabada en el disco.

La transición entre áreas viene dada por los cambios de intensidad de la luz reflejada por el disco,

proveniente de una fuente láser.

Por razones técnicas, en cada área debe haber un mínimo de dos ceros y un máximo de diez. En

principio, los bits que salen de la última matriz de interleaving no cumplen la propiedad anterior y, por

tanto, antes de proceder a la grabación definitiva hay que arreglar la situación. Esto se consigue con la

técnica EFM, que transforma cada símbolo de GF(2 ) en una secuencia de 17 bits con las propiedades8

requeridas. Además, a cada trama de 544 bits se le añaden 27 bits de sincronización y de

direccionamiento, que permitirán la búsqueda rápida de la información.

En total, cada 6 muestras iniciales (24 elementos de GF(2 ) = 192 bits) se transforman en 571 bits8

571 3grabados en el CD. La tasa de transmisión de la información es de / � / . La tasa de transmisión de192 1

32 28 32la información, considerando únicamente los códigos, vendría dada por k = ( / ) ( / ) = / = 3/4.28 24 24

Cada segundo de música necesita 44.100 muestras, y cada una 571/6 bits. En definitiva, 4,2

Mb/segundo. Cada disco tiene una capacidad de unos 20.000 Mb que, traducido a tiempo, representa unos

80 minutos de audición.


Funcionamiento de los dos códigos concatenados. Proceso CIRC (Cross Interleaved Reed-Solomon

Code). El código RS(32,28) tiene una distancia mínima d=5, puede corregir 2 errores o bien se puede

utilizar para corregir un error y detectar 3. En nuestro caso lo utilizaremos para corregir un único error.

Si en el decodificador encontramos un error lo corregimos. En caso contrario, daremos como borrones

los 28 símbolos que salen del decodificador y entran en el canal externo.

El decodificador externo RS(28,24) tiene distancia mínima d=5 y lo utilizaremos para corregir 4

borrones. Tal como está montada la matriz de interleaving, es posible que este código corrija hasta un

máximo de 112x4=448 borrones de GF(2 ), es decir 3584 bits de datos, que quedan en 3072 bits de8

información real, equivalentes a unos 3 mm en una pista del CD.

Además, en el caso de que un vector a decodificar en el código externo tenga más borrones que los

que se pueden corregir, se daría como nulo y, en su lugar, se haría la interpolación de las palabras anterior

y posterior.

MULTIMEDIA en PC. Emulación del hardware de audio del Commodore Amiga. Digitalizador y reproductor estéreo de sonido digitalizado. Pag. 2.1

Miguel Angel Rodríguez Jódar. Departamento de álgebra y computación. Facultad de Informática y Estadística. Sevilla, 1995

2. INTRODUCCION AL HARDWARE DE

AUDIO DEL COMMODORE AMIGA.

2.1.- El circuito integrado 8364 o PAULA.

Paula es uno de los circuitos de propósito específico diseñados exclusivamente para el

Commodore Amiga. Las tareas de Paula conciernen principalmente en el área de E/S, esto es, el sistema

de disquetes, el puerto serie, el sonido y la lectura de datos analógicos desde el joystick. Además Paula

se encarga de todo el control de las interrupciones del sistema. Todas las interrupciones que ocurren en

el Amiga pasan a través de este integrado. A partir de las 14 posibles fuentes de interrupciones Paula crea

las señales de interrupción para el 68000. Las interrupciones en los niveles 1-6 se generan por las líneas

IPL del 68000. Paula ofrece al programador la posibilidad de permitir o prohibir cada una de las 14

fuentes de interrupciones. [CHR93]

Las transferencias de datos desde disco y la generación de sonido se realizan usando DMA. A

causa de que el controlador general de DMA del Amiga, Agnus, no sabe cuándo está disponible el

próximo dato para la transferencia DMA, Paula tiene una línea de petición de DMA, DMAL.

A continuación se describen las funciones de cada pin.

Bus de datos: D0-D15

Conectado al bus de datos del sistema.

Bus de direcciones de registro: RGA 1-8

Conectado al bus de direcciones. Direcciona los registros internos del chip.

Señales de reloj CCK, CCQ, y pin de réset RES

Petición de DMA: DMAL

Por esta línea, Paula indica al controlador DMA que se necesita una transferencia DMA..



Salidas de audio: AUDL y AUDR

Las salidas AUDL y AUDR (audio izquierdo y audio derecho) son salidas analógicas en dónde Paula

sitúa las señales de audio generadas. AUDL lleva los canales 0 y 3, y AUDR los canales 1 y 2.

Las líneas del interfaz serie: TXD y RXD.

Las entradas analógicas POT0X, POT0Y, POT1X, POT1Y.

Las líneas de manejo del disco: DKRD, DRWD, DKWE.

Las líneas de interrupción: INT2, INT3, INT 6 y IPL0, IPL1 e IPL2.



2.2.- Descripción del funcionamiento del sistema de audio en el

Amiga

Centrándonos en el tema de la generación de sonido, PAULA está dotada de 4 generadores de

sonido digital que no son más que 4 conversores D/A que muestrean datos desde la memoria a través de

otros tantos contadores de DMA. Los canales 0 y 3 se mezclan analógicamente y salen por el canal

izquierdo; los canales 1 y 2 lo hacen por la salida derecha.

Cada canal de audio tiene su propio canal de DMA. Dado que la lógica de DMA en el Amiga

opera con palabras de 16 bits se combinan dos muestras en una sola palabra, por esta razón, se necesita

un número par de muestras por cada canal. El byte más significativo se envía siempre antes que el byte

menos significativo.

El conversor D/A requiere que las muestras se almacenen como números de 8 bits en

complemento a 2. A continuación se ofrece un ejemplo de cómo se almacenan dichas muestras. En éste

y en los demás ejemplos de programación del 8364 se asumirá que estamos en el entorno hardware y

software de un Amiga 500.

Start:

dc.b 0, 49, 90, 117, 127, 117, 90, 49, 0, -49, -90, -117, -128, -117, -90, -49

End:

Ahora se debe seleccionar uno de los 4 canales sobre el cual se ejecutará la muestra. El canal de

DMA correspondiente se debe inicializar. Para inicializar los parámetros usaremos 5 registros por cada

canal. Los dos primeros forma un par de registros de direcciones: son AUDxLCH y AUDxLCL, o juntos,

AUDxLC dónde x es el número de canal de DMA correspondiente.



Registro Nombre Función Contenido

$0A0 AUD0LCH Puntero a los datos de audio

para el canal 0

Bits 16-20

$0A2 AUD0LCL Bits 0-15

$0B0 AUD1LCH Puntero a los datos de audio

para el canal 1

Bits 16-20

$0B2 AUD1LCL Bits 0-15

$0C0 AUD2LCH Puntero a los datos de audio

para el canal 2

Bits 16-20

$0C2 AUD2LCL Bits 0-15

$0D0 AUD3LCH Puntero a los datos de audio

para el canal 3

Bits 16-20

$0D2 AUD3LCL Bits 0-15

Para la inicialización de estos punteros podemos usar (en el Amiga) la instrucción MOVE.L del

68000:

LEA $DFF000,A5 ; Colocar dirección base de los registros del Amiga.

MOVE.L #Start,AUD0LCH(A5)) ; Inicializar AUD0LC al principio de la tabla de muestras.

De manera análoga se debe indicar la longitud de la muestra (en palabras de 16 bits) en el registro

AUDxLEN apropiado.

Reg. Nombre Función

$0A4 AUD0LEN Longitud de la muestra en palabras para el canal 0

$0B4 AUD1LEN Longitud de la muestra en palabras para el canal 1

$0C4 AUD2LEN Longitud de la muestra en palabras para el canal 2

$0D4 AUD3LEN Longitud de la muestra en palabras para el canal 3

Para inicializar el valor de la longitud se usará la siguiente instrucción MOVE.W:

MOVE.W #(End-Start)/2, AUD0LEN (A5)

Nótese que hemos usado el valor de las etiquetas Start y End definidas en el trozo de código que

corresponde a la tabla de muestras para el canal 0. La diferencia de End-Start es la longitud en bytes de

la muestra. Como necesitamos un valor en palabras, dividimos el resultado entre 2.



Ahora programaremos al 8364 para que "toque" la muestra a un determinado volúmen. El valor

del volúmen será un número entre 0 y 64, dónde 64 representa un nivel de 0 dB, 1 corresponde a un nivel

de -36.1 dB y 0 corresponde a un nivel de -4 dB. De esta manera el valor de la muestra queda

multiplicado por la fracción VOLUMEN/64.

Realmente, en el 8364 (a diferencia de lo que después veremos en el PC) cada muestra NO se

multiplica por la fracción anterior de manera digital, ya que esto haría que, a volúmenes bajos, la calidad

de la muestra empeoraría, como se explicó en el apartado sobre los problemas de la cuantización.

Lo que se hace con el valor del volúmen es dar como entrada la parte menos significativa (bits

0-5) a un conversor D/A de 6 bits cuyo valor analógico de salida es el valor Vref de referencia para el

conversor D/A principal de cada canal. El bit 6, que sólo será 1 cuando el valor del volúmen sea 64

servirá de señal de control a un multiplexor analógico situado antes de la entrada Vref del conversor D/A

de sonido. Si el bit 6 vale 0, el multiplexor conectará Vref a la salida del conversor D/A de volúmen. Si

es 1, Vref se conectará directamente a la tensión Vref del conversor D/A de volumen.

A continuación se muestra la tabla dónde se recogen los nombres y direcciones de los registros

de volumen de cada canal:

Registro Nombre Función

$0A8 AUD0VOL Volumen del canal 0

$0B8 AUD1VOL Volumen del canal 1

$0C8 AUD2VOL Volumen del canal 2

$0D8 AUD3VOL Volumen del canal 3

Para inicializar el volúmen usaremos una instrucción MOVE.W análoga a la anterior:

MOVE.W #40, AUD0VOL (A5) ; Canal 0 a volúmen máximo.

El último parámetro que debemos programar en el 8364 es la frecuencia de muestreo.. Este valor

no podemos programarlo directamente en herzios; en lugar de eso, debemos programar al controlador de

DMA que es quien va a hacer el muesteo sobre la memoria, con el número de ciclos de bus que ocurrirán

entre cada salida de dos muestras. Un ciclo de bus tarda 279.365 ns en el Amiga.



Para calcular el número de ciclos de bus a partir de la frecuencia de muesteo se usará la siguiente

fórmula:

El valor asignado al ciclo de bus puede estar teóricamente entre 0 y 65535. Sin embargo el rango

real tiene un límite superior. Como se puede observar (figura 2.2.1) cada canal de audio tiene asignada

una ranura de DMA en cada barrido horizontal de video. Esto significa que se pueden leer dos muestras

en cada retrazo horizontal. Esto hace que el valor mínimo posible para AUDxPER sea 124. La frecuencia

de muestreo máxima es por tanto de 28867 Hz. Si se usa un valor menor que éste, el controlador de DMA

no tendrá tiempo de leer las siguientes muestras, y por tanto, las dos que se leyeron por última vez y que

están en el 8364 se volverán a volcar sobre los conversores D/A..

Registro Nombre Función

$0A6 AUD0PER Ciclos de bus para el canal 0

$0B6 AUD1PER Ciclos de bus para el canal 1

$0C6 AUD2PER Ciclos de bus para el canal 2

$0D6 AUD3PER Ciclos de bus para el canal 3

Para asignar a un canal la frecuencia de muestreo podemos hacer:

MOVE.W #508, AUD0PER (A5) ; Asigna frecuencia de muestreo de 7040 Hz.

Una vez que se ha inicializado un canal debemos activar al controlador de DMA para que empieze

el muestreo. Esto ya no depende del 8364 sino que corre a cargo del circuito controlador del DMA. En

el caso del Amiga se activa con:

MOVE.W #$8201, DMACON (A5) ; Pone a 1 AUD0EN y DMAEN



A partir de ahora el DMA realiza el muestreo de los datos en memoria de la manera en que lo

hemos programado. Una vez que ha terminado de leer todas las muestras pulsa una línea de interrupción

que comunica al 68000 este hecho, y vuelve a empezar desde el principio de la muestra.

El 8364 dispone también de otras características que señalaremos sólo de manera indicativa, dado

que no van a formar parte de la simulación. Ente ellas está la posibilidad de usar las muestras de un canal

para modular en frecuencia y/o en amplitud a otro canal.

De esta manera se pueden sintetizar efectos de vibrato y trémolo con un instrumento sin la necesidad de

remuestrear el instrumento.

Como antes se indicó, la frecuencia de muestreo está limitada a unos 28 kHz a causa de la

asignación de tiempos por el controlador de DMA. Si se supera esta frecuencia no se leen nuevas

muestras de memoria sino que se envían al DAC las dos últimas muestras guardadas dentro de los

registros del 8364. Este puede aún enviar las dos muestras al límite de la frecuencia de muestreo que

admite el 8364, que es de unos 3,5 Mhz (corresponde a un valor de 1 en AUDxPER). Si hacemos que una

de las muestras sea 128 y la otra -127, el 8364 generará una señal cuadrada de 1,7 Mhz. Esta señal no

pasará el filtro paso baja instalado en el Amiga, pero existen tomas exteriores en el puerto serie

conectadas directamente a los pines AUDR y AUDL del 8364. Dado que la señal generada de esta manera

se puede modular en amplitud y/o frecuencia es posible teóricamente hacer funcionar a Paula como un

módem o un modulador de audio.



3. INTRODUCCION AL

SECUENCIAMIENTO MUSICAL.

3.1. El secuenciamiento como instrumento de composición

musical.

El secuenciamiento consiste en la transcripción de un pasaje musical en una secuencia de

símbolos que representan las evoluciones (cambios de tonalidad y volúmen) de los distintos instrumentos

a través del tiempo. Al sistema que interpreta dichos símbolos y reproduce el pasaje musical se le

denomina secuenciador.

Esta transcripción, proceso mucho más antiguo que el tratamiento electrónico del sonido, hizo

posible el transmitir pasajes musicales a través del tiempo sin deterioro de su contenido.

El secuenciamiento es, en sí mismo, una forma de digitalizar la música ya que se basa en la

discretización y la cuantización. En la discretización se divide el tiempo en partes iguales asignando

determinadas propiedades a cada parte. Dichas propiedades determinan el ritmo de la composición. La

cuantización en este contexto consiste en identificar cada una de las notas de la composición y asignar

a cada una una altura tonal (frecuencia).

Pero a diferencia de la digitalización estándar que define una sucesión numérica en el tiempo a

muy alta resolución, el secuenciamiento define las características de la composición a intervalos de

tiempo mucho más amplios., lo que significa una mayor libertad en la ejecución. De aquí que el lenguaje

musical definido por el secuenciamiento sea ambiguo, y cada ejecución no tiene por qué ser igual a la

anterior; algo que no ocurre en la reproducción de música digitalizada.



A través del tiempo este lenguaje musical se ha ido enriqueciendo con nuevos símbolos que

completan, matizan o añaden significado a cada instante de tiempo dentro de la melodía. Esto ha definido

un lenguaje de composición e interpretación musical apto para la interpretación de música por parte de

un músico humano, pero no por parte de un secuenciador electrónico.

A partir de este lenguaje, que se definirá en los párrafos siguientes, se han definido otros que son

una simplificación del primero: unos para interpretar determinados tipos de música, o para tocar

determinados instrumentos, y otros aptos para su interpretación a salvo de ambigüedades, por parte de

un ordenador.



Figura 3.2.1: Escala musical en el pentagrama.

3.2. El lenguaje de composición musical. La partitura.

Es un lenguaje simbólico, independiente del idioma del compositor, que permite representar la

evolución tonal de uno o más instrumentos a través del tiempo.

Su representación escrita es el pentagrama. El conjunto de pentagramas que representa a la

totalidad de la melodía se le denomina partitura.

Un pentagrama se representa con cinco líneas horizontales paralelas. El tiempo transcurre a todo

lo largo de esas cinco líneas. Las alturas tonales de los instrumentos se representan con figuras musicales

emplazadas a diversas alturas utilizando como referencia las líneas del pentagrama y sobre todo una de

ellas: la línea dónde se situa la clave del pentagrama; un símbolo que determina la altura tonal de la figura

ubicada en dicha línea. Los demás valores de tono se determinan por la distancia

relativa de cada figura a la línea base o de clave. (Figura 3.2.1)

Además de especificar la altura tonal, se necesita saber durante cuánto tiempo se va a mantener.

Esto se resuelve asignando una figura distinta según la duración. (Figura 3.2.2).



Figura 3.2.2: Figuras musicales y su duración relativa.

Estas duraciones son relativas a la duración total de una redonda. Para obtener duraciones mayores

se usa un símbolo llamado ligadura que une a dos o más figuras y hace que el sonido de cada una de ellas

sea contínuo a lo largo de la ligadura; en cambio, no hay un símbolo que permita establecer una duración

menor que la semifusa.

Además de la ligadura existen más símbolos que modifican la duración de una nota. Estas son el

puntillo y el calderón.

El puntillo es un pequeño punto que colocado a la derecha de una nota aumenta en media vez la duración

original de ésta.

El calderón es un símbolo que se coloca encima de la nota, fuera del pentagrama y modifica la duración

de la nota en un valor a libre juicio del intérprete.

Los tiempos se marcan en el pentagrama mediante compases. Son marcas en el pentagrama que

lo dividen en porciones de tiempo de igual duración cada una. La duración de cada compás (medida en

figuras musicales) viene dada por una fracción escrita al lado de la clave. El numerador indica cuántas

figuras entran en el compás y el denominador la figura que es. (Figura 3.2.3).



Figura 3.2.3: Ejemplo de pentagrama con dos compases. Uso del puntillo y el calderón.

Para establecer la duración de referencia se suele indicar de la manera: figura = valor dónde

figura es el símbolo de la figura sobre la cual se va a aplicar la duración de referencia (puede ser

cualquiera ya que las duraciones de todas las figuras están relacionadas), y valor es el número de figuras

que van a entrar en un minuto de ejecución.

Otras veces, en lugar de utilizar esta nomenclatura se usa otra más ambigua que establece no la

duración individual de las figuras sino el ritmo o "tempo" de la pieza musical. Para describir este ritmo

se usan términos italianos como Presto, Allegro, Andante, Adagio, etc...



Figura 3.2.4. Ejemplo de partitura real.



3.3.- Los secuenciadores. El formato .MOD

Ya que el lenguaje musical es demasiado ambiguo para poder ser interpretado con un ordenador,

es necesaria una formalización del mismo aunque sea a costa de perder naturalidad en la interpretación.

Un lenguaje de composición musical apto para ser usado en un sistema informático debe tener

las características que se le piden a un lenguaje de programación: exacto, flexible y falto de ambigüeda-

des.

Los elementos de este lenguaje serán instrumentos, notas, tiempos, así como los parámetros que

pueden variarlos.

Pero este lenguaje no debe ser muy distinto del lenguaje de la partitura, que sigue siendo el

lenguaje universal de composición, y aún hoy tiene más potencia creativa que los lenguajes adaptados

a la informática.

Una vez definido, se llama secuenciador al sistema que es capaz de interpretar ese lenguaje. La

interpretación no tiene por qué significar una ejecución de la pieza en tiempo real. Puede ser una

traducción de éste a otro lenguaje, una representación del lenguaje en forma gráfica usando los símbolos

de la partitura, o un editor que permite la composición musical.

Además, el lenguaje de composición usado en un secuenciador puede ser invisible al usuario, que

puede seguir manejando los símbolos tradicionales, teniendo en cuenta las limitaciones que imponga el

lenguaje subyacente. De este modo, se pueden usar partituras en sistemas informáticos como archivos

de intercambio de datos entre distintos lenguajes de composición.

El estándar industrial en cuanto a estos lenguajes es el MIDI (Musical Instrument Data Interface).

Este estándar define una serie de pistas que son asignadas cada una a un instrumento. Las pistas se

interpretan paralelamente a lo largo del tiempo como si cada una fuera una parte de la partitura (un score).

Cada pista contiene una lista de notas, y los instantes de tiempo en que hay que tocarlas. Cada nota

tiene varios atributos: su duración, su tono, su volúmen son los principales. Además existen otros valores

que afectan a uno o varios parámetros de las notas que se están tocando en una pista como la modulación

(pitch blend), el vibrato y el trémolo.

La norma MIDI además define un tipo de conexión y formato específicos para intercambiar

información desde o hacia un instrumento musical. La configuración susal en un entorno MIDI consiste

en un teclado sintetizador y un ordenador. Aquí, tanto el teclado como el ordenador actúan de



secuenciador. El compositor toca la pieza en el teclado y vía MIDI se graba en la memoria del ordenador.

Ya después, con un programa de edición se retoca la partitura, se repiten pasajes que no se grabaron o

se mezcla la composición actual con otras ya grabadas. El resultado se puede reenviar al teclado que

interpreta los comandos MIDI desde el ordenador y los ejecuta en su sintetizador como si se estuviese

tocando con el teclado en ese momento.

Con el auge de la informática personal y la multimedia, cada vez es más corriente integrar en el

sistema informático dos de las tres tareas de la secuenciación: la edición y la interpretación, quedando

la conexión MIDI en un solo sentido, desde un terclado externo, más cómodo para tocar que el de un

ordenador, hacia el sistema.

La primera gran revolución en el campo de la música digital para ordenadores personales vino de

la mano de la empresa Commodore, que en su modelo Commodore 64 integraba un más que respetable

chip sintetizador, el SID. Opcionalmente el C64 disponía de un conector MIDI que gestionaba dicho

integrado, por lo que tenía acceso a gran cantidad de piezas escritas usando este lenguaje. Hasta entonces,

y aún después, la inclusión de la conexión MIDI era algo que a lo sumo se consideraba opcional dentro

de la configuración de un ordenador personal. De todas maneras, el SID no podía usarse para fines

profesionales dada su baja calidad relativa (si exceptuamos al grupo Mecano, ¡que usó un C64 en la

grabación de su primer disco!).

Para la segunda generación de ordenadores “espectaculares” de que hacía gala Commodore se

pensó en un hardware de audio más sofisticado y flexible que el anterior, todo ello embebido en una

arquitectura que perseguía el mayor paralelismo posible entre operaciones y todo ello gobernado por la

naciente (para los equipos personales) tecnología de 32 bits. Así se desarrolló el Amiga, y su integrado

generador de formas de onda complejas 8364.

En el Amiga también era fácil añadir un conector MIDI, y de hecho se usó con más asiduidad que

en el C64. Sin embargo lo peculiar de su arquitectura de generación de sonidos hizo más popular un

determinado formato de fichero cuyo contenido está intimamente ligado al hardware de dicho sistema.

Este formato es el Sound Tracker Module Music o más comunmente llamado MOD. Fue un

formato ideado por los mismos programadores del Sound Tracker, que lo incorporaban como opción a

la hora de grabar una composición escrita con él, aunque el formato por defecto era el de “song”. La razón

de que el MOD se implantase sobre el “song” fue principalmente porque aquél incorporaba toda la

información de los instrumentos muestreados en el mismo fichero lo que hacía más fácil la carga de los

mismos, sintener que estar cambiando de disco para leer cada instrumento. Hay que recordar que los



primeros Amiga 1000 y 500 se vendían sin disco duro, y la ampliación para disponer de uno era bastante

cara.

Las características técnicas de un fichero MOD son las siguientes:

L 4 canales o pistas de sonido simultáneos. Cada canal puede interpretar cualquier nota

dentro del rango disponible y con el instrumento que se desee de los que disponga el módulo.

L El rango de notas cubre 3 octavas completas.

L La frecuencia de muestreo de cada canal varía con la nota que se está tocando, y puede

llegar hasta los 28Khz.

L Las 4 pistas se dividen en partes de igual longitud llamadas patrones. Cada patrón se

divide en 64 divisiones. Cada división puede contener una nota, un código de instrumento y un

efecto para aplicar sobre esa nota. Una división se divide en ticks, y el número de ticks por

división es variable, y se puede modificar con uno de los efectos. La duración de un tick es fija

y corresponde a 20ms. Por defecto se asumen 6 ticks por división, que corresponden a 125bpm

(un bpm corresponde a 4 divisiones).

L Cada módulo puede definir hasta 31 instrumentos. Cada instrumento es una muestra

PCM de hasta 128K de longitud.

L Puede haber hasta 64 patrones distintos en un módulo numerados del 0 al 63. El orden de

ejecución de los patrones dentro del módulo lo lleva una lista de patrones de hasta 128 bytes.

Cada elemento es el número del patrón que debe interpretarse a continuación.

Como aplicación principal de este trabajo, se desarrollará un programa que usando el hardware

del PC consiga emular el comportamiento del 8364 y aplicarlo a la interpretación de un fichero con estas

características usando como sintetizador un sistema hard externo al PC conectado por el puerto paralelo.

A continuación se describe el formato de un fichero .MOD (versión 2.0 de la especificación). Los

valores de 16 bits se codifican en el formato Motorola (primero el MSB).

20 bytes. Título del módulo relleno con bytes \0 a la derecha.

La siguiente secuencia se repite 31 veces: una para cada instrumento

22 bytes. Nombre de la muestra que representa al instrumento rellena con \0. Si un

nombre empieza con el caracter ‘#’ se asume que es un comentario del autor, entonces

los demás parámetros no se cuentan.

2 bytes. Longitud de la muestra en palabras de 16 bits. Una longitud igual a 1 se

considera una muestra vacía.



1 byte. Los cuatro bits menos significativos representan un número en

complemento a 2 (-8 a 7) que indica el tono de la muestra. No se usará en la

simulación.

1 byte. Volumen de la muestra entre 0 y 64.

2 bytes. Comienzo del bucle de repetición en palabra de 16 bits. Este valor apunta

a la dirección de memoria dentro de la muestra desde la cual se realizará el looping de

la misma. El looping de una muestra consiste en la repetición de un bloque de la misma

una vez que se ha ejecutado entera la primera vez. De esta manera se pueden

implementar instrumentos con la duración que el compositor quiera.

2 bytes. Longitud del bucle de repetición en palabras. El bucle existe si este valor

es mayor que 1.

1 byte. Longitud de la secuencia de patrones. Desde 1 hasta 128.

1 byte. Valor=127. Se puede ignorar.

128 bytes. Secuencia de patrones. Cada elemento de esta secuencia es un número de 0

a 63 que identifica el patrón que hay que tocar en ese momento. El valor máximo almacenado

en esta tabla es el número de patrón más alto que existe.

4 bytes. Las iniciales M.K. Estas son las iniciales de Unknown/D.O.C quien cambió el

formato para adaptarlo a 31 instrumentos. El formato antiguo no tenía este campo.

Algunos programas secuenciadores usan este campo para incluir información adicional. Por

ejemplo:

FLT4 o FLT8: usado por el programa Startrekker para indicar 4 u 8 canales.

M!K!: usado por Protracker para indicar que hay más de 64 patrones.

6CHN o 8CHN: también identifica un módulo de 6 u 8 canales en Protracker.

A continuación se almacenan los patrones.Cada patrón ocupa 1024 bytes, divididos en

64 divisiones que ocupan cada una 16 bytes. Dentro de cada división están los datos para

cada uno de los 4 canales, ocupando cada canal 4 bytes en una división. El formato de la

información en cada canal es la siguiente:

Si este nibble vale 1, se suma 16 al

campo ‘instrumento’Valor de la nota Instrumento Efecto Parámetros del efecto

Byte 0 Byte 1 Byte 2 Byte 3

El primer MSN (Most Significant Nibble) del byte 0 normalmente contiene el valor 0, pero

al hacer la ampliación a 31 instrumentos se usó como bit 4 del campo instrumento.

El valor de la nota es un campo de 12 bits que ocupa el LSN (Least Significant Nibble)

del byte 0 y el byte 1. Este valor es el que habría que cargar en el contador del 8364 para



generar la frecuencia de muestreo requerida para tocar la nota a un determinado tono. Por

ejemplo: si hemos muestreado un DO de un piano a 8272 Hz, para escuchar ese mismo DO

hay que cargar el valor 214d en el contador del 8364. Si en lugar de este valor ponemos, por

ejemplo, un 190d, la muestra se leerá más rapidamente, y el tono resultante será un RE.

Para nosotros este valor no tiene significado en sí mismo, sino que lo usaremos como

índice a una tabla donde estarán los valores de la “recta” generada con el algoritmo de

Bresenham apropiados para emular el tono.

Los valores de frecuencia usados en los MOD’s estándar cubren 3 octavas. Algunas

versiones cubren 2 octavas más, una por encima y otra por debajo de las normales. Los

valores del campo ‘nota’ para cada nota y octava son estos:

DO DO# RE RE# MI FA FA# SOL SOL# LA LA# SI

Octava 1 856 808 762 720 678 640 604 570 538 508 480 453

Octava 2 428 404 381 360 339 320 302 285 269 254 240 226

Octava 3 214 202 190 180 170 160 151 143 135 127 120 113

Octava 0 1712 1616 1525 1440 1357 1281 1209 1141 1077 1017 961 907

Octava 4 107 101 95 90 85 80 76 71 67 64 60 57

EL MSN del byte 2 contiene los 4 bits bajos del campo ‘instrumento’. El campo completo

ocupa 5 bits, con lo que se admiten hasta 32 instrumentos distintos, pero el valor 0 está

reservado para indicar ‘no instrumento’. Si hay un valor válido en el campo nota pero

instrumento vale 0, indica que esa nota debe tocarse con el último instrumento válido en ese

canal. No se admite que la primera nota que aparece en un módulo tenga instrumento 0.

El LSN de este mismo byte contiene un valor del 0 al 15 que determina el tipo de efecto

a aplicar sobre la nota. El byte 3 contiene los parámetros (si los necesita) del efecto. Un valor

de 0 en estos dos campos indica ‘no hay efecto’.

A continuación se describen los efectos soportados en la emulación. Para una

enumeración completa de los efectos soportados por la versión 2.0 consultar la bibliografía.

0: Arpeggio. El parámetro se divide en dos nibbles: A y B. Este efecto consiste en tocar

la nota normalmente, después se toca esa misma nota pero añadiéndole A semitonos, y

después se vuelve a tocar añadiéndole B semitonos. Estas fluctuaciones de tono se realizan

a intervalos regulares de tiempo dentro de una división.



1: Slide up. Decrementa el período de la nota por lo que su tono se incrementa

suavemente. El valor del decremento lo da el parámetro. La operación se hace en cada tick,

y mientras no se encuentre otra nota en el mismo canal. Nótese que lo que se decrementa es

el valor del período (lo que se carga en los contadores del 8364). No se puede subir el tono

de

2: Slide down. Incrementa el período de la muestra, bajando su tono. Actúa de manera

análoga al efecto anterior.

3: Slide to note. Cambia el tono del instrumento actual desde la nota que se está oyendo

en ese momento hasta la nota que acompaña a este efecto. La suavidad del cambio

dependerá, como en los dos casos anteriores, del parámetro. La dirección del cambio está

implícita por la nota inicial y final. Si el parámetro es 0, se continua con los valores del último

efecto 3 en ese canal.

9: Offset. Toca el instrumento asignado a esta nota a partir de la posición paráme-

tro*256d.. Este desplazamiento se mide en palabras.

10: Volume slide. El parámetro se toma como dos nibbles. Si el niblle superior A es distinto

de 0 se sube el volúmen A unidades en cada tick. Si el nibble inferior B es distinto de 0 y el

superior es igual a 0, se baja el volúmen B unidades por cada tick. El cambio no puede pasar

el rango de volúmen: 0 a 64.

11: Salto. El patrón entero (los 4 canales) se parará después de ejecutada la actual

división, y la p'roxima división a leer será la primera división del patrón que indique el

parámetro.

12: Poner volumen. Asigna el volumen especificado por el parámetro al instrumento actual

en la nota correspondiente a esta división.

13: Acabar patrón. Análogo al comando 11 salvo que el patrón que se lee es el siguiente.

En la simulación no se ha tenido en cuenta el parámetro, que indica a partir de qué división se

empieza a leer el patrón.

Efectos tipo 14. Son una serie de efectos codificados con dos números. El primero es siempre

14 y se almacena en el lugar del tipo de efecto, como es susal. El segundo número es el MSN

del parámetro. Por tanto, los parámetros se almacenan en el LSN del byte asignado al campo

‘parámetro’.

De ellos sólo se han implementado dos: el efecto 10 y el efecto 11. Son, respectivamente, fine

volume slide up y fine volume slide down. El efecto consiste en subir o bajar el volúmen tantas

unidades como indique el parámetro, pero sólo una vez al principio de la división (tick 0).

15: Velocidad. El parámetro indica el número de ticks que tendrá una división a partir de

ahora, si éste es menor que 32. Si es mayor o igual, indica los bpm (beats por minuto) con que

se ejecutará el módulo. Sólo se ha implementado la opción menor que 32.



4. ESTUDIO DE LA VIABILIDAD DE LA

EMULACION EN UN PC AT 386

Después de haber descrito en el capítulo 2 el hardware dedicado al sonido del Amiga, se procederá

al estudio de viabilidad de la emulación de dicho hardware, usando los recursos que a continuación se

exponen. Para cada componente se dará una descripción general del mismo, su función dentro del sistema

y la manera en que puede ser útil en la simulación [INTEL]

4.1.- El temporizador programable 8254.

El 8254 es un timer de propósito general. Es programable por el usuario y dispone de 3 contadores

independientes que, en el caso del PC, tienen común su señal de reloj, de aproximadamente 1,193 Mhz.

Cada uno de ellos está asignado a una parte del sistema. El contador 0 es el más importante para

nuestra tarea, ya que es el único que puede generar interrupciones a la CPU. Normalmente éstas ocurren

unas 18,2 veces por segundo y se usan para actualizar el reloj del sistema y apagar los motores de las

disqueteras al cabo de un cierto time-out desde su última utilización.

El contador 1 se suele usar para el refresco de la RAM, aunque en los sistemas AT esto no

siempre es así, sino que hay una lógica dedicada a esta tarea.

El contador 2 se puede usar como contador del usuario, o bien permite generar tonos por el

altavoz programándolo para que genere señales cuadradas.

El 8254 tiene 5 modos de funcionamiento, pudiendo estar cada contador en cualquiera de éstos:

X Modo 0: Interrupción con la finalización de una cuenta.

X Modo 1: Monoestable redisparable por hardware.

X Modo 2: Generador de frecuencias.

X Modo 3: Generación de onda cuadrada.

X Modo 4: Pulso disparado por software.

X Modo 5: Pulso disparado por hardware.



La programación se hace de la siguiente manera:

Puerto 43h

SC1 SC0 RW1 RW0 M2 M1 M0 BCD (norm. 0)

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

SC - Select Counter (seleccionar contador)

SC1 SC0

0 0 Seleccionar contador 0 (puerto 40h)



1 1 Comando read-back

M - Modo

M2 M1 M0

0 0 0 Modo 0

0 0 1 Modo 1

X 1 0 Modo 2

X 1 1 Modo 3

1 0 0 Modo 4

1 0 1 Modo 5

RW - Read/Write

RW1 RW0

0 0 Comando de almacenamiento del contador.

0 1 Leer/escribir sólo LSB

1 0 Leer/escribir sólo MSB

1 1 Leer/escribir LSB y después MSB

Así, para programar al timer para que genere 1000 interrupciones por segundo, se procederá de



la siguiente manera:

reloj equ 1193180

mov al,00110100b

out 43h,al

mov ax,reloj/1000

out 40h,al

mov al,ah

out 40h,al

Como se puede observar, se puede usar esta característica del 8254 para “simular” la DMA del

Amiga, haciendo transferencias por interrupciones. La rutina que se encargará de hacer 1 trasvase de la

memoria al dispositivo DAC se ubicará en la int 08h.

Hay que hacer notar que cualquier rutina que use este servicio debe encargarse de llamar a la

antigua int 08h con la misma frecuencia que tenía antes, esto es, 18,2 Hz, si se va a usar la aplicación en

background.



4.2.- El controlador programable de interrupciones 8259A.

Se usa este circuito para gestionar y priorizar las diferentes fuentes de interrupción del sistema.

Sirve, por tanto, como interfaz entre la CPU y los periféricos. En el AT hay dos de estos controladores,

pero nos centraremos en el primero, y sobre todo en dos de sus lineas de interrupción.

La inicialización del 8259 escapa al propósito de este epígrafe, así que se supondrá un entorno

de sistema PC en el cual la BIOS se ha encargado de todas estas tareas.

De este modo, el 8259 está configurado para 6 lineas de interrupción de sus 7 posibles (la linea

2 está conectada en realidad a un segundo controlador). De ellas, la linea 0 corresponde a la interrupción

del timer, y la linea 7 (y/o 5) está dedicada a la interrupción generada por el puerto paralelo.

Cada linea de interrupción puede enmascararse a voluntad. Para ello se emplea el puerto 21h

desde el que se pueden consultar o modificar los permisos de interrupción de cada linea.

I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0

Interrupt Mask Register (puerto 21h)

Un 0 indica que la interrupción está habilitada, y un 1 indica que está deshabilitada.

Cuando se está atendiendo una interrupción, el 8259 bloquea cualquier otra petición de

interrupción de la misma o de inferior prioridad. Para indicar que una interrupción ha sido atendida, se

ha de mandar un comando de EOI (End Of Interrupt) por el puerto 20h. El comando EOI es el 20h.

Así, para nuestros propósitos sólo necesitaremos saber cómo habilitar y deshabilitar interrupcio-

nes, y cómo decirle al controlador que hemos acabado la gestión de una. Entonces, una posible rutina de

gestión de interrupciones sería:



interrupc proc far

pushad ;guardamos todos los registros generales

push ds

mov ax,dgroup

mov ds,ax ;apuntamos a nuestras variables globales

call gestion_interrupcion

mov al,20h

out 20h,al ;mandar un EOI

pop ds

popad

iret ;fin de la interrupción

interrupc endp

Como después se verá, interesa que la duración de esta rutina sea la menor posible, sobre todo si

la interrupción va a suceder muchas veces por segundo.

Como el entorno de programación es MS DOS, hay que tener en cuenta que no se pueden (por

lo general) hacer llamadas a funciones del sistema desde dentro de una rutina de servicio de interrupcio-

nes porque la interrupción puede haber ocurrido durante el procesamiento de una llamada al sistema, y

MS DOS no es reentrante. Esto restringirá las acciones que se pueden desarrollar en el gestor, y que

obligará en algunos casos a usar el hard directamente, en lugar de los servicios de la BIOS o del DOS.



4.3.- El puerto paralelo.

En el 8364, una vez que los datos han sido leidos por los canales de DMA son enviados a los

DAC’s de 8 bits que en definitiva son los responsables de la generación del sonido. En el PC, por contra,

no se dispone de ningún dispositivo estándar análogo a los conversores digital-analógico de que dispone

el Amiga. A diferencia de otros micros de su época, el PC fue el único ordenador que salió peor parado

en este aspecto.

La solución propuesta es usar el puerto paralelo. Este dispositivo consta de un bus de 8 bits con

señales de handshaking para comunicar datos desde el sistema hacia una impresora. El usuario puede

cambiar libremente el contenido del bus y actuar sobre las lineas de protocolo de la manera más

conveniente. Se dispone de lineas de entrada desde las que se puede examinar el estado de la impresora.

Una de estas líneas (ACK) está configurada para poder generar una interrupción al 8259.

Externamente consta de un conector D25 hembra con el siguiente patillaje:

Nº Nombre Sentido Función

1 STROBE SALIDA Indica a la impresora que hay datos válidos en el puerto

2 D0 ENTRADA/SALIDA

3 D1 ENTRADA/SALIDA

4 D2 ENTRADA/SALIDA

5 D3 ENTRADA/SALIDA

6 D4 ENTRADA/SALIDA

7 D5 ENTRADA/SALIDA

8 D6 ENTRADA/SALIDA

9 D7 ENTRADA/SALIDA

10 ACK ENTRADA Indica al ordenador que los datos han sido leídos

11 BUSY ENTRADA Indica al ordenador que la impresora está ocupada y no puede leer datos

12 PAPER OUT ENTRADA Indica al ordenador que falta papel

13 SELECT ENTRADA Indica al ordenador que la impresora está ON-LINE

14 AUTO FEED SALIDA Indica a la impresora que debe hacer un avance de linea

15 ERROR ENTRADA Indica al ordenador que ha ocurrido un error

16 RESET SALIDA Inicializa la impresora

17 SELECT INPUT SALIDA Indica a la impresora que el puerto está operativo

18-25 GND MASA DE SEÑAL



Se pueden configurar hasta tres puertos paralelos, conocidos bajo DOS como LPT1, LPT2 y

LPT3.

La programación de cada puerto está a cargo de 3 registros, asignados de la siguiente manera:

Puerto Datos Estado Control

LPT1 3BCh 3BDh 3BEh

LPT2 378h 379h 37Ah

LPT3 278h 279h 27Ah

El formato de cada registro es el siguiente:

Puerto 3BCh, 378h, 278h (lectura/escritura)

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

Puerto de datos. Cada bit corresponde a un bit del bus de datos del puerto paralelo.

Puerto 3BDh, 379h, 279h (sólo lectura)

BUSY\ ACK\ OUT OF PAPER ONLINE ERROR no usada no usada TIME OUT

BUSY: 0=impresora no ocupada

1=impresora ocupada

ACK: 0=no se han recibido datos

1=datos recibidos satisfactoriamente

OUT OF PAPER: 0=no se ha llegado al fin del papel

1=se ha llegado al fin del papel

ON LINE 0=la impresora está en off-line

1=la impresora está en on-line

ERROR: 0=no error

1=error

TIME OUT: 0=no hay time-out

1=se llegó al time-out



Puerto 3BEh, 37Ah, 27Ah (lectura/escritura)

no usada no usada DIR IRQ_EN SELECT INPUT RESET\ AUTO LINE FEED STROBE\

DIR: 0=sentido de los datos desde el ordenador a la impresora

1=sentido de los datos desde la impresora al ordenador

IRQ_EN: 0=deshabilita IRQ 5/7 para ACK

1=habilita IRQ 5/7 para ACK

SELECT INPUT 0=puerto no preparado

1=puerto preparado

RESET: 0=inicializar impresora

1=funcionamiento normal

AUTO LINE FEED: 0=no hacer avance de linea

1=hacer avance de linea

STROBE: 0=no hay datos en el bus

1=hay datos en el bus

Lo importante de este dispositivo es que podemos poner cualquier dato en el bus y manejar a

nuestra voluntad las lineas de control, de forma que podemos acoplar cualquier dispositivo que queramos

que lea datos de 8 bits escritos por el ordenador. Asímismo, otro dispositivo puede ofrecer datos a través

de este mismo puerto y avisarnos de que están listos usando la linea ACK.

En este proyecto se usará el puerto paralelo como un mini bus ISA, con las señales de protocolo

indispensables para poder manejar cuatro dispositivos. Tres de ellos de escritura y uno de lectura. Las

cuatro lineas del puerto de control proporcionarán el acceso a cualquiera de ellos. Los detalles del montaje

se verán en el capítulo 6. En los apartados siguientes se supondrá la existencia de un dispositivo

conectado directamente al bus del puerto paralelo, sin uso de protocolos.



4.4.- Ejecución en background. Degradación del rendimiento del

sistema.

El propósito del análisis de los dispositivos descritos hasta ahora no es sino ofrecer una alternativa

viable a la transferencia DMA de un bloque de datos a un ritmo seleccionado, hacia un dispositivo de E/S

en un sistema que carece de estas características.

Se ha descrito a lo largo de este capítulo cómo una gestión por interrupciones puede solucionar

el problema. Sin embargo, esta gestión debe ser lo más eficaz posible, ya que, a diferencia del DMA, es

la CPU la que debe hacer el trasvase e datos interrumpiendo la tarea que está haciendo.

Además la tasa de transferencia de datos debe ser lo suficientemente alta como para proporcionar

un sonido de calidad aceptable. Esto supone no menos de 22050 transferencias por segundo (como se vio

en el cap. 2, el 8364 llega hasta alrededor de 28000 transferencias por segundo). Esto por supuesto, con

la posibilidad de poder hacer otra tarea en primer plano mientras se lleva a cabo el trasvase.

Es por esto que se debe estudiar los tiempos de ejecución de la rutina de servicio de interrupciones

para estimar la sobrecarga del sistema impuesta por la simulación.

En la figura siguiente se ha representado un gráfico del tiempo de utilización de la CPU por dos

tareas: la tarea del sistema, que es todo aquello que percibimos como trabajo activo de la CPU (el S.O.,

un procesador de textos, etc...) Y que se debe ejecutar en primer plano, y la tarea de la interrupción del

timer que debe ser invisible al usuario.



En esta situación llamaremos Tefec al tiempo del que dispone la tarea del sistema, y Tint al

tiempo del que dispone la rutina de servicio de la interrupción. Entonces, el porcentaje de sobrecarga, H,

será:

Donde Tint+Tefec debe ser igual al intervalo entre dos peticiones de interrupción, que será

inversamente proporcional a la frecuencia de muestreo elegida para reproducir el sonido digitalizado.

Se debe tener en cuenta que éste es un caso ideal. En la realidad hay otras fuentes de interrupción

que también deben ser atendidas, y que restan tiempo del asignado en principio a la tarea del sistema. Esta

misma puede perjudicar a la respuesta de la rutina de interrupción si ejecuta zonas de código en las que

se desactiven las interrupciones. Aún así el esquema propuesto es suficientemente aproximado para

aplicarlo a nuestro caso particular.



4.5.- Prueba de emulación de un canal digital por el puerto

paralelo.

En esta sección se describirá una primera aproximación a lo que llegará después a ser la rutina

principal de ejecución de los MOD’s. El objetivo de la rutina que se desarrolle será enviar un bloque cuya

dirección lejana está en p, de n bytes de longitud, siendo n<64K por el puerto paralelo con base en la

dirección 378h, y a una frecuencia de reproducción f medida en herzios.

Se supondrá un sistema DMA sin autoinicialización (los cambios que hay que hacer en el fuente

para conseguir la autoinicialización son triviales). Se debe disponer de una señal, flag o similar para saber

cuándo ha acabado la transferencia, que en nuestro caso será una variable global FinDMA, que valdrá

1 si se llegó al final de la cuenta, y 0 si no.

El contenido del archivo de cabecera para este conjunto de rutinas es el siguiente:

extern char FinDMA;

void IniciaDMA (char *p, unsigned n, unsigned f);

void DetieneDMA (void);

Y el fuente de las rutinas es éste:

.286

; Usaremos el juego de instrucciones del 80286

.model large

; Para compilar con un programa en C usando el modelo large

.data

AnteriorInt08 dd 0 ; Antiguo vector de la int 08h

PosicionActual dd 0 ; Registro de dirección actual

ContadorDMA dw 0 ; Contador de bytes que quedan por enviar

CuentaTimer dw 0 ; Número de pulsos que debe contar el siguiente contador

ContadorTimer dw 0 ; Contador de pulsos hasta la siguiente

; llamada a la antigua int 08h

FinDMA db 0 ; Flag de fin de transferencia

public C FinDMA

.code

public C IniciaDMA

public C DetieneDMA

IniciaDMA proc C p:ptr byte, n:word, f:word

cli ; Sin interrupciones durante la inicialización

push es

push si



les si,p

mov word ptr PosicionActual,si

mov word ptr PosicionActual+2,es

mov ax,n

mov ContadorDMA,ax

mov ax,3508h

int 21h ; Función: obtener vector de interrupción

; de número AL en ES:BX

mov word AnteriorInt08,bx

mov word ptr AnteriorInt08+2,es

push ds

mov dx,offset NuevaInt08

mov ax,seg NuevaInt08

mov ds,ax

mov ax,2508h

int 21h ; Función: asignar rutina de servicio de

; la interrupción de número AL al código

; apuntado por DS:DX

pop ds

mov al,00110110b ; Contador 0, modo 3

out 43h,al

mov dx,0012h

mov ax,34DCh ; DX:AX=001234DCh=1193180d

mov bx,f

div bx ; AX=int(1193180/f)

push ax

out 40h,al

mov al,ah

out 40h,al ; Ahora el timer genera una señal de f Hz

pop bx

xor dx,dx ; DX=0

mov ax,65535

div bx ; AX=pulsos que hay que conar antes de

; llamar a la antigua int 08h

mov CuentaTimer,ax

mov ContadorTimer,0

mov FinDMA,0

pop si

pop es

sti ; Empieza la transferencia en background

ret

IniciaDMA endp

DetieneDMA proc C

cli

xor al,al ; Restauramos antiguo valor del timer 0

out 40h,al

jmp $+2 ; Un pequeño retraso para que el 8254 tenga

; tiempo de leer el dato

out 40h,al

push ds

lds dx,AnteriorInt08

mov ax,2508h ; Restauramos antigua rutina de la int 08



int 21h

pop ds

mov FinDMA,1 ; Señala el fin de la transferencia DMA

sti

ret

DetieneDMA endp

NuevaInt08 proc far

push ax

push dx

push si

push ds

push es

mov ax,dgroup

mov ds,ax ; Señalamos DS al segmento de datos de C

cmp FinDMA,1 ; Hay más datos por transferir?

je PulsoIdle ; Si no, vete al final

les si,PosicionActual

mov dx,378h

mov al,es:[si] ; Lee la muestra actual

out dx,al ; y la manda al puerto paralelo

inc word ptr PosicionActual

dec ContadorDMA ; Actualiza contador DMA

jnz PulsoIdle ; Si terminó la transferencia

mov FinDMA,1 ; notifícalo

PulsoIdle: inc ContadorTimer ; Contar pulso

mov ax,ContadorTimer

cmp ax,CuentaTimer ; ¿es hora de llamar al reloj?

jne FinalInt08

mov ContadorTimer,0

pushf

call dword ptr AnteriorInt08 ; Simulamos una llamada a interrupción

FinalInt08: mov al,20h

out 20h,al ; Mandar EOI al 8259

pop es

pop ds

pop si

pop dx

pop ax

iret

NuevaInt08 endp

end



Figura 4.6.1. Muestreo de una señal usando Bresenham

4.5.- Reproducción de varios canales digitales

Hasta ahora, la emulación de un canal de DMA con las mismas características de las que se

dispone en el 8364 no ha sido difícil. El problema aparece cuando son 4 los canales DMA a emular. Cada

canal tiene su propio contador que le permite muestrear a distintas frecuencias. De esta manera se pueden

interpretar cuatro notas a un tiempo.

Si embargo, en el PC sólo disponemos de un timer para emular un canal DMA a una determinada

frecuencia. La solución más inmediata consiste en tener un contador para cada canal que cuente ticks de

interrupción y haga la transferencia cuando se haya llegado al final de la cuenta, pero ello requeriría hacer

funcionar al timer del PC a una frecuencia muy alta respecto de la máxima frecuencia a usar realmente,

por lo que la sobrecarga del sistema sería mayor, y la mayoría de los ticks de interrupción no harían nada

útil; sólo contar.

En la figura 4.1 se puede observar la idea que subyace a la solución elegida. Dependiendo de la

pendiente de la recta, la gráfica de la señal resultante está más estirada o comprimida que la original. De

esta manera es como se controla el pitch o tono de la muestra resultante que será igual a la frecuencia de

la muestra original multiplicada por la pendiente de la recta usada en la transformación.



La idea es, pues, la siguiente: partiendo de su pendiente, se puede construir una recta de N puntos,

donde N es la longitud de la muestra, siguiendo el algoritmo de Bresenham. Este algoritmo lo

modificaremos para que nos dé los incrementos de la coordenada Y en lugar del punto resultante.

Así, para una recta horizontal (pendiente=0) el algoritmo nos devolvería una secuencia como

0,0,0,0,0,...,0 porque la coordenada Y nunca cambia.

Si la pendiente es 1, tenemos una diagonal en el primer cuadrante. En este caso, la coordenada

Y se incrementa con cada paso de la X. La secuencia sería: 1,1,1,1,...,1.

Si la pendiente fuera 1/2, la secuencia sería 1,0,1,0,1,0,1,0,1,0..... Intuitivamente se demuestra que

la pendiente es el valor medio de la sucesión obtenida.

Estos valores los usaremos a la hora de incrementar la dirección para obtener una nueva muestra.

En lugar de sumar siempre 1 y dejar que sea el timer quien marque el ritmo de la transferencia, haremos

que éste tenga una frecuencia fija igual a la máxima frecuencia de muestreo que se vaya a usar. Por cada

interrupción se van leyendo uno a uno los valores de la secuencia de incrementos proporcionada para la

nota que queremos tocar. Después de leer la muestra actual y enviarla al puerto paralelo, la dirección de

la siguiente muestra se calculará como la dirección de la actual+el valor del elemento leido de la

secuencia.

A continuación se lista el fuente del emulador de DMA desarrollado con este método. Esta vez

se aceptarán dos transferencias simultaneas de dos bloques de memoria ubicados en direcciones distintas,

de distinta longitud y con una frecuencia de muestreo diferente para cada uno. Las muestras leídas se

mezclarán digitalmente y el resultado será el que se envie al puerto paralelo. El listado se puede modificar

para que en lugar de ser 2 sean N los canales de DMA a emular.

Prototipos de las funciones

extern char FinDMACanal1;

extern char FinDMACanal2;

void IniciaDMA (char *p1, unsigned n1, char near *f1, char *p2, unsigned n2, char near *f2);

void DetieneDMA (char n);

Implementación

.286

; Usaremos el juego de instrucciones del 80286

.model large

; Para compilar con un programa en C usando el modelo large

.data

AnteriorInt08 dd 0 ; Antiguo vector de la int 08h



PosicActCanal1 dd 0 ; Registro de dirección actual canal 1

ContDMACanal1 dw 0 ; Contador de bytes que quedan por enviar canal 1

PosicActCanal2 dd 0 ; Registro de dirección actual canal 2

ContDMACanal2 dw 0 ; Contador de bytes que quedan por enviar canal 2

BaseIncrCanal1 dw 0 ; Comienzo dentro de DS de la tabla de incrementos para el canal 1

OffsetIncrCanal1 dw 0 ; Indice que se mueve a lo largo de la tabla de incrementos

; del canal 1

Muestra1 dw 0 ; Muestra del canal 1

Muestra2 dw 0 ; Muestra del canal 2

BaseIncrCanal2 dw 0 ; Comienzo dentro de DS de la tabla de incrementos para el canal 2

OffsetIncrCanal2 dw 0 ; Indice que se mueve a lo largo de la tabla de incrementos

; del canal 2

CuentaTimer dw 0 ; Número de pulsos que debe contar el siguiente contador

ContadorTimer dw 0 ; Contador de pulsos hasta la siguiente

; llamada a la antigua int 08h

FinDMACanal1 db 0 ; Flag de fin de transferencia canal 1

FinDMACanal2 db 0 ; Idem canal 2

public C FinDMACanal1

public C FinDMACanal2

.code

public C IniciaDMA

public C DetieneDMA

IniciaDMA proc C p1:ptr byte, n1:word, f1:word, p2:ptr byte, n2:word, f2:word

cli ; Sin interrupciones durante la inicialización

push es

push si

les si,p1

mov word ptr PosicActCanal1,si

mov word ptr PosicActCanal1+2,es

les si,p2

mov word ptr PosicActCanal2,si

mov word ptr PosicActCanal2+2,es

mov ax,n1

mov ContDMACanal1,ax

mov ax,n2

mov ContDMACanal2,ax

mov ax,f1

mov BaseIncrCanal1,ax

mov ax,f2

mov BaseIncrCanal2,ax

mov ax,3508h

int 21h ; Función: obtener vector de interrupción

; de número AL en ES:BX

mov word AnteriorInt08,bx

mov word ptr AnteriorInt08+2,es

push ds

mov dx,offset NuevaInt08

mov ax,seg NuevaInt08

mov ds,ax

mov ax,2508h

int 21h ; Función: asignar rutina de servicio de

; la interrupción de número AL al código



; apuntado por DS:DX

pop ds

mov al,00110110b ; Contador 0, modo 3

out 43h,al

mov ax,001Bh ; Aprox. 44100 Hz

out 40h,al

mov al,ah

out 40h,al ; Ahora el timer genera una señal de 44100 Hz

mov CuentaTimer,097Bh ; Ticks antes de llamar al reloj

mov ContadorTimer,0

mov FinDMACanal1,0

mov FinDMACanal2,0

mov OffsetIncrCanal1,0

mov OffsetIncrCanal2,0

pop si

pop es

sti ; Empieza la transferencia en background

ret

IniciaDMA endp

DetieneDMA proc C n:byte

cmp n,1

jnz DetenCanal2

mov FinDMACanal1,1

cmp FinDMACanal2,1

jne CanalActivo

jmp ResetTimer

DetenCanal2: mov FinDMACanal2,1

cmp FinDMACanal1,1

jne CanalActivo

ResetTimer: cli

xor al,al ; Restauramos antiguo valor del timer 0

out 40h,al

jmp $+2 ; Un pequeño retraso para que el 8254 tenga

; tiempo de leer el dato

out 40h,al

push ds

lds dx,AnteriorInt08

mov ax,2508h ; Restauramos antigua rutina de la int 08

int 21h

pop ds

sti

CanalActivo: ret

DetieneDMA endp

NuevaInt08 proc far

push ax

push bx

push dx

push si

push ds

push es



mov ax,dgroup

mov ds,ax ; Señalamos DS al segmento de datos de C

cmp FinDMACanal1,1 ; Hay más datos en canal 1?

je NoDMA1 ; Si no, no hacer nada

call TransfDMACanal1

NoDMA1: cmp FinDMACanal2,1 ; Hay más datos en canal 2?

je NoDMA2 ; Si no, no hacer nada

call TransfDMACanal2

NoDMA2: mov al,Muestra1

cbw ; Lee y extiende el signo de la muestra 1 en AX

mov bx,ax

mov al,Muestra2 ; Idem con la muestra 2

cbw

add ax,bx ; Las mezcla

sar ax,1 ; obteniendo la señal resultante

mov dx,378h

out dx,al ; y la envía al puerto paralelo

inc ContadorTimer ; Contar pulso

mov ax,ContadorTimer

cmp ax,CuentaTimer ; ¿es hora de llamar al reloj?

jne FinalInt08

mov ContadorTimer,0

pushf

call dword ptr AnteriorInt08 ; Simulamos una llamada a interrupción

FinalInt08: mov al,20h

out 20h,al ; Mandar EOI al 8259

pop es

pop ds

pop si

pop dx

pop bx

pop ax

iret

NuevaInt08 endp

TransfDMACanal1 proc near

les si,PosicActCanal1


mov Muestra1,al ; y la almacena

mov bx,BaseIncrCanal1

mov di,OffsetIncrCanal1

mov al,[bx+di]

xor ah,ah ; AX=valor del incremento a

; sumar a la posición actual

add si,ax ; Lo suma

mov word ptr PosicActCanal1,si ; y lo almacena

inc byte ptr OffsetIncrCanal1 ; próximo valor de incremento. Cuando lleva 255 valores,

el próxinmo es 0

sub ContDMACanal1,ax ; Decrementa el contador en la misma

; cantidad que se ha incrementado el

; puntero a la muestra actual

jnz FinTransfDMA1 ; Si terminó la transferencia

mov FinDMACanal1,1 ; notifícalo

mov Muestra1,0 ; este canal ya no cuenta en la mezcla

FinTransfDMA1: ret



TransfDMACanal1 endp

TransfDMACanal2 proc near

les si,PosicActCanal2


mov Muestra2,al ; y la almacena

mov bx,BaseIncrCanal2

mov di,OffsetIncrCanal2

mov al,[bx+di]

xor ah,ah ; AX=valor del incremento a

; sumar a la posición actual

add si,ax ; Lo suma

mov word ptr PosicActCanal2,si ; y lo almacena

inc byte ptr OffsetIncrCanal2 ; próximo valor de incremento. Cuando lleva 255 valores,

el próxinmo es 0

sub ContDMACanal2,ax ; Decrementa el contador en la misma

; cantidad que se ha incrementado el

; puntero a la muestra actual

jnz FinTransfDMA2 ; Si terminó la transferencia

mov FinDMACanal2,1 ; notifícalo

mov Muestra2,0 ; este canal ya no cuenta en la mezcla

FinTransfDMA2: ret

TransfDMACanal2 endp

end

Se has escogido una frecuencia de muestreo máxima de 44100 Hz, con lo que las rectas que

necesitaremos tendrán pendiente menor o igual a 1. Los valores del algoritmo de Bresenham para cada

canal se guardarán en el área de variables globales, siendo f1 y f2 desplazamientos dentro de DS al

principio de cada secuencia. Cada valor de la secuencia es un byte con el valor 0 o 1; 0 si no hubo

incremento de Y, y 1 si lo hubo.



5. EL MODO 32-BIT FLAT POINTER EN

MODO REAL O REALMEM.

5.1. El modo real y el modo protegido en un 80386.

A lo largo de este capítulo examinaremos algunos de los recursos que, en cuanto a gestión de

memoria, nos ofrece el 80386 bajo MS DOS.

Este sistema operativo se ejecuta en el llamado modo real de la CPU. En este modo, que es el que

tiene por defecto al resetearse, un 80386 se comporta basicamente como un 8086 muy rápido, al que se

le han añadido instrucciones y registros de 32 bits.

El esquema de direccionamiento de memoria es el que hereda de estos micros: 1 Mb de espacio

de direccionamiento, dividido en segmentos de 64K. De esta manera la memoria pasa de ser un vector

a ser un array bidimensional. Una posición queda determinada por dos coordenadas: segmento y

desplazamiento.

Este mecanismo era necesario ya que, por una parte el 8086 debía ser compatible (aunque sólo

fuera a nivel de código fuente) con sus predecesores 8085 y 8080 y esto implicaba limitaciones en el

ancho de palabra de la máquina; y por otra parte todavía no estaba extendido en los micros personales

el uso de los 32 bits. Así, el 8086 estaba restringido al uso de registros de 16 bits, con los cuales sólo se

puede direccionar hasta 64K en principio.

Por tanto la posición de un byte en la memoria se calcula como segmento*16+desplazamiento.

El hecho de multiplicar el valor del segmento por 16 equivale a desplazarlo 4 bits a la izquierda, con lo

que se convierte en un número de 20 bits. Entonces, cada valor del segmento representa una posición base

de memoria múltiplo de 16. El valor límite, 65535d (FFFFh), al multiplicarlo por 16 quedará como

FFFF0h o 1048560d.

El desplazamiento se suma sin más al valor anteriormente calculado, pero surge un problema: si



el segmento al que estamos accediendo es el FFFFh, cualquier valor del desplazamiento mayor que 15d

¡nos saca fuera del espacio de 1Mb! En el 8086 lo que pasa simplemente es que el sumador usado para

calcular la dirección efectiva no tiene acarreo al bit 20, por lo que FFFF0h + 000Fh=00000h que

corresponde al primer byte de la memoria física. En el 80386 veremos que esto no tiene por qué ser así.

El 80286 varía toda la filosofía de direccionamiento respecto de su predecesor. Esta CPU

incorpora otro modo de funcionamiento que permite sacar partido de los 16 Mb de espacio de

direccionamiento. Con 24 bits en el bus de direcciones en este nuevo modo protegido, el valor del

segmento cobra otro significado.

La gestión de memoria del 80286 en modo protegido es basicamente la siguiente. Existe una tabla

alojada en memoria principal y en una zona protegida denominada tabla de descriptores globales (GDT).

Cada elemento de esta tabla referencia a un bloque de memoria y sus atributos. Estos son: dirección base

del bloque en 24 bits, longitud del bloque hasta 64Kb, permisos de lectura/escritua/ejecución y otros

datos.

Si un programa hace un acceso a una dirección de memoria con valor de segmento 8 por ejemplo,

la dirección efectiva que se obtiene no es el resultado de desplazar 4 bits a la izquierda este valor, sino

que se emplea como offset respecto a la dirección base de la GDT de la que se saca la entrada

correspondiente que es la 1 (Cada entrada tiene 8 bytes de longitud) con la dirección base del segmento.

La dirección efectiva se calcula entonces sumando igual que antes el desplazamiento a este valor base.

Gracias a los datos de que se dispone en la GDT se pueden hacer comprobaciones sobre si se está

sobrepasando el límite de segmento, en cuyo caso el acceso no es permitido y se genera una excepción

del procesador. También se genera una excepción si el tipo de acceso es incompatible con los bits de

permiso almacenados en la entrada correspondiente de la GDT.

Como quiera que cada vez que se hace un acceso hay que leer los contenidos de la GDT es

conveniente guardar la entrada que se está usando en algún otro tipo de memoria que sea del mismo orden

de rapidez que los registros internos del procesador, para evitar estados de espera intolerables. Estos

almacenamientos reciben el nombre de descriptores caché. Existe uno por cada registro de segmento y

cada uno de ellos contiene el valor de la entrada de la GDT a la que apunta ese segmento. Son estos

descriptores los que se usan con todas las operaciones que implican gestión de memoria y sólo se accede

realmente a la GDT cuando el programador cambia el valor del registro de segmento relacionado. Por lo

general, estos descriptores son invisibles para el programador.

Para el 80386 esto funciona de manera análoga. Los cambios más importantes en la estructura de



un descriptor 386 son que la dirección base es ahora de 32 bits, el campo tamaño (o límite) es de 20 bits

y que se añade un campo más de 1 bit, llamado G, que indica la granularidad del segmento. Este campo

da la “unidad de medida” del segmento de la siguiente manera: si el valor del campo longitud de bloque

de un segmento es 5 y el bit G=0, entonces el tamaño del bloque son 5 * 1 byte = 5 bytes, si para este

mismo segmento el campo G=1, entonces la longitud real es 5 * 4096 bytes = 20480 bytes. De esta

manera con un campo de longitud de 20 bits se puede cubrir una longitud de segmento de hasta 4 Gb,

símplemente dándole el valor FFFFFh al límite.

La descripción de este mecanismo funciona muy bien en el modo protegido, pero también

funciona en modo real, con algunas variantes.



5.2.- El modo REALMEM de 32 bits.

En el modo real del 386, que es donde nos moveremos durante casi toda la ejecución de la

simulación, los descriptores caché siguen funcionando exactamente de la misma manera que en el modo

protegido. Al resetear el micro, éste conmuta al modo real, inicializando los descriptores caché con los

valores BASE=0, LIMITE=FFFFh, G=0, y todos los permisos activados. Esta configuración coincide con

la que impone el hard de un 8086, y es la que se necesita para mantener la compatibilidad. La dirección

efectiva de un dato se calcula como dirección base del descriptor+desplazamiento, siendo el total un

número de 32 bits.

Cuando en modo real se cambia el contenido de un registro de segmento, la CPU recalcula

internamente el campo base del descriptor caché correspondiente usando la fórmula del 8086, y lo vuelve

a almacenar. No se hace ningún acceso a ninguna GDT porque simplemente no existe. El campo limite

sin embargo, no se reescribe con el valor FFFFh ni tampoco lo hace el bit G.

Esto significa que si el campo BASE de un descriptor se reescribe con el valor 0, el campo

LIMITE con el valor FFFFFh y su bit G se pone a 1, ese segmento cubrirá todo el espacio de

direccionamiento del 386. Esto significa que, desde el modo real, y usando registros de 32 bits para el

desplazamiento, estaríamos accediendo a toda la memoria sin el límite de 64Kb impuesto hasta ahora.

De hecho, esto se puede hacer, y se puede optar por dos vías: conmutar momentaneamente al

modo protegido y hacer los cambios desde allí usando una GDT con los valores deseados en los campos

LIMITE y G, o bien modificar directamente los descriptores caché usando la instrucción LOADALL. Para

obtener detalles sobre esta instrucción consultar la bibliografía.

Con mucho, la manera más segura (y más documentada) es pasar al modo protegido, crear una

GDT con una entrada que contenga el descriptor con los valores mencionados y cargar todos los registros

de segmento con la entrada de ese descriptor, con lo que su contenido pasa a los descriptores caché

correspondientes. Una vez hecho esto podemos volver al modo real, pero con los cambios en el campo

LIMITE que se necesitan.

El listado que se ofrece a continuación hace esto mismo. Los registros de segmento afectados por

el cambio en el campo límite son todos, excepto CS y SS.



.model large

.data

PunteroGDT db 16

db 47 dup(0)

GDT db 0,0,0,0,0,0,0,0 ;Entrada 0. Nula

db 0ffh,0ffh,0,0,0,92h,0cfh,0ffh ;Entrada 1. BASE=0, LIMITE=4Gb

.code realmem_text

public IniciarREALMEM

IniciarREALMEM proc C

movzx eax,ds

shl eax,4

mov bx,offset GDT

movzx ebx,bx

add eax,ebx ;EAX=dirección física en 32 bits de la GDT

mov dword ptr PunteroGDT+2,eax

lgdt pword ptr PunteroGDT ;Cargamos la GDT

mov bx,08h ;BX=entrada 1 de la GDT

push ds

cli ;Sin interrupciones mientras estemos en el modo

protegido

mov eax,cr0 ;Cambio al modo protegido

or eax,1

mov cr0,eax

jmp ModoProtegido ;Fuerza un salto para borrar el pipeline

;de instrucciones en modo real

ModoProtegido: mov gs,bx ;Cargamos los registros de segmentos (y sus

mov fs,bx ;descriptores caché) con la entrada 1 de la GDT

mov es,bx

mov ds,bx

and al,0feh ;Salimos del modo protegido al real

mov cr0,eax

jmp ModoReal ;Se borra el pipeline de instrucciones

;en modo protegido

ModoReal: sti ;Ya se pueden restablecer las interrupciones

pop ds

ret

IniciarREALMEM endp

end



5.3.- El gestor de memoria extendida XMS.

Entrar en el modo REALMEM no es lo único que hace falta para poder manejar la memoria entera

de la CPU a nuestro gusto. Es necesario que esté presente un gestor de bloques de memoria que impida

conflictos de utilización de un mismo bloque por varios procesos. Las funciones reservar bloque y liberar

bloque de MS DOS no sirven para este propósito, ya que sólo funcionan con memoria convencional.

[RAY88]

La especificación XMS (eXtended Memory Specification) define cómo debe ser la gestión de la

memoria extendida (la que está por encima del límite de 1Mb). Esta especificación se ha usado como

estándar en los PC AT, y hoy en día practicamente todos los programas que requieren memoria extendida

hacen uso de los servicios proporcionados por el gestor XMS, que se incluye en las últimas versiones del

DOS en forma de dispositivo: HiMem.Sys.

XMS define dos tipos de memoria, que son los que puede gestionar: un único bloque de 65520

bytes alojado a partir de la dirección física 100000h denominado memoria alta o high memory; y un

bloque de memoria extendida situada a partir de la posición 10FFF0h y que cubre el resto de la memoria

física instalada en el ordenador. Este bloque se usa como “heap” o montón, para servir de bloques de

memoria extendida (EMB) a los programas que los soliciten.

Para pedir memoria extendida, un programa hace uso de los servicios XMS y reserva un bloque

de x Kb de memoria. El gestor le devuelve un handler que el programa podrá usar a partir de ese

momento para manipular la memoria que le ha sido asignada.

Como la especificación XMS no tiene implementado el uso de REALMEM para el usuario, no

hay forma de escribir o leer bloques de memoria extendida. Para ello XMS provee de una función general

de copia ente bloques de memoria extendida, un bloque de memoria extendida y otro de memoria

convencional o bien entre dos bloques de memoria convencional. Así, para leer información desde un

EMB se copia el mismo (o la porción que interese) a un buffer en memoria convencional. Para escribir

datos en un EMB se copian éstos a memoria convencional y con una llamada al gestor se escriben en el

EMB.

Este mecanismo es extremadamente lento para nuestros propósitos aunque los suficientemente

robusto para evitar conflictos entre procesos. Todas las operaciones han de pasar por el gestor, de manera

que es muy difícil que un programa cause un error a otro por manipular un bloque que no le corresponde.



Además, al no usarse nunca direcciones absolutas de memoria extendidas, sino que los bloques

se referencian por su descriptor o handler, el gestor puede mover bloques de un sitio a otro para juntar

los huecos libres y evitar una excesiva fragmentación interna del montón. Esta característica sin embargo,

deberá ser deshabilitada para nuestra aplicación, como se verá después.

El otro tipo de memoria mencionado, el bloque de memoria alta, tecnicamente forma parte de la

memoria extendida, pero tiene unas características especiales, que son independientes de que esté o no

activado el modo REALMEM.

Se ha definido como el bloque cuya dirección base es 100000h, es decir, un byte más respecto a

la última dirección física admitida (en principio) por el sistema segmento:desplazamiento en modo real

sin REALMEM. Esta dirección física límite puede ser escrita de varios modos. Sea por ejemplo igual a

FFFF:000F. Haciendo los consabidos cálculos comprobamos que la dirección efectiva es, como

suponíamos, FFFFFh.

Pero el valor del desplazamiento puede variar entre 0000 y FFFF, y en el segmento FFFF sólo

hemos usado hasta el desplazamiento 000F. Si añadimos una unidad más, la dirección queda FFFF:0010,

que en un 8086 sabemos que significa lo mismo que la dirección 0000:0000.

Y esto es a causa de que en el 8086 el sumador que forma parte de la lógica de direccionamiento

tiene sólo 20 bits, pero en el 386 éste tiene una anchura de 32 bits. Esto significa que la dirección

FFFF:0010 no hace volver a 0 la dirección de memoria, ya que esta vez el acarreo del bit 19 al bit 20 no

se pierde, sino que aparece como un bit 1 en la linea 20 del bus de direcciones, accediendo por tanto a

la posición física 100000h. La última dirección física direccionable desde el modo real puro asciende por

tanto hasta la posición 10FFEF correspondiente al par FFFF:FFFF.

Este es en definitiva el bloque conocido como high memory. Al estar en un único segmento, no

es posible guardar en él más de un programa, por lo que se usa comunmente para almacenar el kernel del

MS DOS (comando DOS=HIGH del config.sys).

Sin embargo, muchos programas que se escribieron en los tiempos del 8086 aún siguen

conservando téncicas extrañas de direccionamiento, y siguen usando el segmento FFFF para acceder a

posiciones de la tabla de interrupción ubicada al principio de la memoria, o para acceder a la zona de

variables del BIOS. Estos programas siguen confiando en que la posición FFFF:0010 es la misma que

0000:0000.

La solución adoptada consiste en un artificio hard llamada habilitación de la linea A20. El

esquema de la figura es una posible implementación de este sistema.



Figura 5.3.1. Esquema del circuito de habilitación de la linea A20

Consta de un multiplexor que puede ofrecer dos salidas en función de una entrada de control. Si

dicha entrada vale 0, el contenido del bus de direcciones desde el bit 20 hasta el 31 es 0, con lo que

siempre se direcciona el primer Mb. Si vale 1, la parte alta del bus de direcciones el sistema es la misma

que la de la CPU con lo que se tiene acceso a toda la memoria disponible. El núcleo del MS DOS se

encarga de habilitar y deshabilitar esta línea cuando lanza programas para su ejecución. De esta manera,

el programa sólo ve 1Mb. Cuando se hace una llamada a MS DOS éste habilita la linea A20 y salta al

núcleo en memoria alta para atender la petición. A la vuelta, se vuelve a deshabilitar la linea A20 (en

realidad no se deshabilita, sino que se deja como estaba en el momento de llamar a MS DOS, ya que a

una aplicación le puede interesar, sobre todo si usa XMS, el dejar habilitada esta linea).

La linea de control del multiplexor está conectada a uno de los bits del bus interno del circuito

8042. Este microcontrolador se usa en el PC AT en lugar del 8255, asumiendo además funciones

adicionales, como la de provolcar un reset al micro, y esta misma. Sin embargo, esta implementación no

es estándar, y hay determinados equipos (p. ej, los PS/2), que no habilitan la linea A20 de la misma

forma. Para ofrecer un interfaz común, el gestor XMS dispone de funciones para habilitar y deshabilitar

esta linea.



A continuación se ofrece el fuente del gestor de memoria implementado en la biblioteca de

programas que acompañan este trabajo. El gestor es muy simple ya que no pretender ser de uso general,

sino sólo para esta aplicación. Casi todo el trabajo se deja a la XMS. Las llamadas a este gestor son las

equivalentes a malloc() y free() del lenguaje C.

El gestor usa el modo REALMEM para acceder a la memoria extendida. Se reserva una cantidad

suficiente de ésta para el uso de la aplicación y se bloquea. Esta operación hace que el XMS no mueva

este bloque, que quedará fijo a partir de una posición física de memoria. La operación de bloqueo nos

devuielve precisamente esa dirección. El resto del trabajo consiste en asignar porciones de este bloque

al proceso según los vaya pidiendo, guardando en un vector los datos relativos al comienzo de la porción

y longitud de ésta. El gestor ofrece un método simple para fundir huecos de memoria adyacentes. Al

usuario se le devuelve un handler para referenciar uno de estos MCB (memory Control Block), a partir

del cual puede averiguar la dirección base del mismo. Este dato será el que se use en la emulación para

agilizar los accesos a memoria, que gracias a REALMEM se harán de manera directa, sin pasar por el

gestor XMS.

El gestor en sí consta de tres módulos: un fichero de cabecera que habrá que incluir en los

programas que quieran acceder a sus servicios, un módulo en lenguaje C con el gestor en sí, y dos

módulos en ensamblador: uno con el código de interfaz entre el gestor y el driver XMS, y otro con el

código de inicialización del modo REALMEM.

XMEM.H

/*

Librería para el gestor de memoria extendida de 32 bits

-------------------------------------------------------

Esta librería provee las siguientes funciones:

X_inicia_gestor()

X_fin_gestor()

X_malloc()

X_free()

X_coreleft()

X_leer()

X_escribir()

X_direccion()

X_tamano()

Actualiza si es necesario el valor de xmserror

(C) 1994 Miguel Angel Rodríguez Jódar.



*/

int X_inicia_gestor (unsigned int);

void X_fin_gestor (void);

int X_malloc (unsigned long);

void X_free (int);

unsigned long X_coreleft (void);

void X_leer (int, unsigned long, char *, unsigned long);

void X_escribir (char *, int, unsigned long, unsigned long);

unsigned long X_direccion (int);

unsigned long X_tamano (int);

XMEM.C

/*

Librería para el gestor de memoria extendida de 32 bits

-------------------------------------------------------

Esta librería provee las siguientes funciones:

X_inicia_gestor()

X_fin_gestor()

X_malloc()

X_free()

X_coreleft()

X_leer()

X_escribir()

X_direccion()

X_tamano()

Actualiza si es necesario el valor de xmserror

(C) 1994 Miguel Angel Rodríguez Jódar.

*/

#include <stdlib.h>

#include "xms.h"

void initcpu32 (void);

int modo_virtual (void);

static unsigned long mem_total, mem_libre;

static HXMS hmem;

static unsigned long inicio_mem, direcc_dispo;

static inhA20=0;



enum { LIBRE, OCUPADO, BORRADO };

#define MAX_MCB 200

typedef struct {

char estado;

unsigned long direccion;

unsigned long tamano;

} MCB;

static MCB *tab_alloc;

static int ind_alloc;

#define estado(i) tab_alloc[i].estado

#define direccion(i) tab_alloc[i].direccion

#define tamano(i) tab_alloc[i].tamano

int X_inicia_gestor (unsigned kbtotales)

{

int i;

/* si la máquina está en modo virtual, salir */

if (modo_virtual())

return 0;

/* si no hay gestor XMS, salir */

if (!xms_iniciar())

return 0;

/* construir la tabla de MCB */

tab_alloc= (MCB *) malloc(MAX_MCB*sizeof(MCB));

if (!tab_alloc)

return 0;

/* calcular la cantidad de memoria a asignar por el gestor */

if (kbtotales==0)

mem_total=mem_libre=xms_disponible()*1024L;

else

mem_total=mem_libre=kbtotales*1024L;

/* entrar al modo REALMEM 32 bits si no estamos ya en él */

if ((unsigned long)getvect(0xAA)!=0x12345678)

initcpu32();

setvect(0xAA,0x12345678);

/* asignar la memoria requerida */

hmem=xms_asignar(mem_total/1024);

if (xmserror)

return 0;

/* bloquear la memoria asignada para obtener su dirección física */



inicio_mem=direcc_dispo=xms_bloquear(hmem);

if (xmserror)

return 0;

/* si la linea A20 no está habilitada, habilítala */

if (!xms_estadoA20())

{

inhA20=1;

xms_habilA20();

}

/* iniciar la tabla de MCB asignados */

for (i=0;i<MAX_MCB;i++)

{

estado(i)=LIBRE;

direccion(i)=0L;

tamano(i)=0L;

}

/* primera entrada libre en la tabla de MCB */

ind_alloc=0;

return 1;

}

int X_malloc (unsigned long tamano)

{

int i;

/* forzamos a que sea un número par por exceso */

tamano=(tamano+1)&0xfffffffe;

/* obtener primera entrada disponible en la tabla de MCB */

for (i=0;i<ind_alloc;i++)

if (estado(i)==LIBRE || (estado(i)==BORRADO && tamano(i)>=tamano))

break;

/* si no hay entradas libres, salir */

if (i==MAX_MCB)

return -1;

/* asignar la memoria */

switch (estado(i))

{

case LIBRE:

if (mem_libre<tamano)

return -1;

estado(i)=OCUPADO;



direccion(i)=direcc_dispo;

tamano(i)=tamano;

mem_libre-=tamano;

direcc_dispo+=tamano;

ind_alloc++;

return i;

case BORRADO:

estado(i)=OCUPADO;

return i;

default:

return -1;

}

}

void X_fin_gestor (void)

{

free (tab_alloc);

xms_desbloquear(hmem);

xms_liberar(hmem);

if (inhA20)

xms_deshabilA20();

}

void X_free (int mcb)

{

int i,flag;

/* si el MCB dado es inválido, salir */

if (mcb>=ind_alloc)

return;

if (estado(mcb)!=OCUPADO)

return;

/* si es el último MCB asignado, marcarlo como libre */

if (mcb==ind_alloc-1)

{

estado(mcb)=LIBRE;

direcc_dispo-=tamano(mcb);

mem_libre+=tamano(mcb);

direccion(mcb)=0L;

tamano(mcb)=0L;

ind_alloc--;

}

else

/* si no, marcarlo como borrado */

estado(i)=BORRADO;



/* convertir las MCB borrados al final de la tabla en MCB libres */

for (i=MAX_MCB,flag=0;i>=0;i--)

{

if (estado(i)==BORRADO && flag==0)

flag=1;

if (estado(i)==BORRADO && flag==1)

{

estado(i)=LIBRE;

direcc_dispo-=tamano(i);

mem_libre+=tamano(i);

direccion(i)=0L;

tamano(i)=0L;

ind_alloc--;

}

if (estado(i)==OCUPADO)

break;

}

}

unsigned long X_direccion (int mcb)

{

return direccion(mcb);

}

unsigned long X_tamano (int mcb)

{

return tamano(mcb);

}

void X_escribir (char *fuente, int mcb, unsigned long offset, unsigned long

numbytes)

{

/* nos aseguramos de que el número es par por defecto */

numbytes&=0xfffffffe;

offset&=0xfffffffe;

/* hacemos la escritura en memoria extendida */

xms_copiar(0,fuente,hmem,(FPUNT)(direccion(mcb)-inicio_mem+offset),numbytes);

}

void X_leer (int mcb, unsigned long offset, char *destino, unsigned long numbytes)

{

/* nos aseguramos de que el número es par por defecto */

numbytes&=0xfffffffe;

offset&=0xfffffffe;

/* hacemos la lectura desde memoria extendida */

xms_copiar(hmem,(FPUNT)(direccion(mcb)-inicio_mem+offset),0,destino,numbytes);



}

unsigned long X_coreleft (void)

{

return mem_libre;

}

XMS.H

/* Fichero de cabecera para usar las funciones de manejo de XMS.

(c) 1993. Miguel Angel Rodríguez Jódar.

*/

#define HXMS unsigned int

#define BOOL int

#define FPUNT void far *

typedef struct

{

char bloqueos;

char hdisp;

unsigned int tambloque;

} XMSINFO;

extern int xmserror;

int xms_iniciar (void);

unsigned int xms_version (void);

unsigned int xms_disponible (void);

HXMS xms_asignar (unsigned int);

BOOL xms_liberar (HXMS);

BOOL xms_habilA20 (void);

BOOL xms_deshabilA20 (void);

BOOL xms_estadoA20 (void);

BOOL xms_copiar (HXMS, FPUNT, HXMS, FPUNT, unsigned long);

BOOL xms_reasignar (HXMS, unsigned int);

unsigned long xms_bloquear (HXMS);

BOOL xms_desbloquear (HXMS);

BOOL xms_info (HXMS, XMSINFO *);



XMS.ASM

;***************************************************************************

;* *

;* Librería de funciones XMS para C. *

;* Implementación específica para usar con Turbo C ++ de Borland *

;* (c) 1993. Miguel Angel Rodríguez Jódar. *

;* *

;***************************************************************************

.model large ;Asumimos el modelo largo para trabajar

;con punteros largos a memoria.

.286 ;Sólo 286 y superior.

llama_xms macro popsi

local vale

mov xmserror,0

call dword ptr xmsfunc

if popsi eq 1

pop si

endif

or ax,ax

jne vale

xor dx,dx

mov al,bl

mov byte ptr xmserror,bl

ret

vale:

endm

bloque_copia struc

l_numbytes dw 0

h_numbytes dw 0

bhfuente dw 0

l_dfuente dw 0

h_dfuente dw 0

bhdestino dw 0

l_ddestino dw 0

h_ddestino dw 0

bloque_copia ends

sinfo struc

bloqueos db ?

hdisp db ?

tambloque dw ?



sinfo ends

.data

xmsfunc dd 0 ;puntero al inicio del controlador XMS.

xmserror dw 0

movida bloque_copia <>

public C xmserror

.code xms_codigo

public C xms_iniciar

public C xms_version

public C xms_disponible

public C xms_asignar

public C xms_liberar

public C xms_habilA20

public C xms_deshabilA20

public C xms_estadoA20

public C xms_copiar

public C xms_reasignar

public C xms_bloquear

public C xms_desbloquear

public C xms_info

xms_iniciar proc C

push es

mov ax,4300h

int 2fh ;comprobar presencia del gestor XMS

cmp al,80h

jne noesta

mov ax,4310h

int 2fh ;obtener dirección de llamada del gestor

mov word ptr xmsfunc,bx

mov word ptr xmsfunc+2,es

mov ax,1

pop es

ret

noesta: xor ax,ax

pop es

ret

xms_iniciar endp

xms_version proc C

mov ah,0 ;obtener versión en AX

llama_xms 0

ret

xms_version endp



xms_disponible proc C

mov ah,8 ;obtener XMS libre (mayor bloque EMB) en Kb

llama_xms 0

ret

xms_disponible endp

xms_asignar proc C mempedida:word

mov ah,9

mov dx,mempedida;dada en Kb

llama_xms 0 ;Asignar bloque de EMB

mov ax,dx ;handle en AX para retorno

xor dx,dx

ret

xms_asignar endp

xms_liberar proc C handle:word

mov ah,0ah

mov dx,handle ;liberar EMB

llama_xms 0

ret

xms_liberar endp

xms_habilA20 proc C

mov ah,05h

llama_xms 0

ret

xms_habilA20 endp

xms_deshabilA20 proc C

mov ah,06h

llama_xms 0

ret

xms_deshabilA20 endp

xms_estadoA20 proc C

mov ah,07h

llama_xms 0

ret

xms_estadoA20 endp



xms_copiar proc C hfuente:word, dfuente:dword, hdestino:word, ddestino:dword,

numbytes:dword

mov ax,word ptr numbytes

mov movida.l_numbytes,ax

mov ax,word ptr numbytes+2

mov movida.h_numbytes,ax

mov ax,hfuente

mov movida.bhfuente,ax

mov ax,word ptr dfuente

mov movida.l_dfuente,ax

mov ax,word ptr dfuente+2

mov movida.h_dfuente,ax

mov ax,hdestino

mov movida.bhdestino,ax

mov ax,word ptr ddestino

mov movida.l_ddestino,ax

mov ax,word ptr ddestino+2

mov movida.h_ddestino,ax

push si

mov si,offset movida

mov ah,0bh ;Mover bloques EMB

llama_xms 1

ret

xms_copiar endp

xms_reasignar proc C handle:word, longitud:word

mov dx,handle

mov bx,longitud

mov ah,0fh

llama_xms 0

ret

xms_reasignar endp

xms_bloquear proc C handle:word

mov dx,handle

mov ah,0ch

llama_xms 0

mov ax,bx

ret

xms_bloquear endp



xms_desbloquear proc C handle:word

mov dx,handle

mov ah,0dh

llama_xms 0

ret

xms_desbloquear endp

xms_info proc C handle:word, pinfo:ptr sinfo

mov dx,handle

mov ah,0eh

llama_xms 0

push es

les si,pinfo

mov es:[si].bloqueos,bh

mov es:[si].hdisp,bl

mov es:[si].tambloque,dx

pop es

ret

xms_info endp

end

CODE32.ASM

.model large

.data

mem48 db 6 dup (0)

gdt db 8 dup (0)

db 0FFh, 0FFh, 0, 0, 0, 92h, 0CFh, 0FFh

.code pmode32

public C initcpu32

public C modo_virtual

modo_virtual proc C

.386p

smsw ax

and ax,1

ret

.286

modo_virtual endp



initcpu32 proc C

.386p

mov mem48,16

mov eax,seg gdt

shl eax,4

mov bx,offset gdt

movzx ebx,bx

add eax,ebx

mov dword ptr mem48+2,eax

lgdt pword ptr mem48

mov bx,08h

push ds

cli

mov eax,cr0

or eax,1

mov cr0,eax

jmp ModoProtegido

ModoProtegido: mov gs,bx

mov fs,bx

mov es,bx

mov ds,bx

and al,0FEh

mov cr0,eax

jmp ModoReal

ModoReal: sti

xor ax,ax

mov fs,ax

mov gs,ax

pop ds

ret

.286

initcpu32 endp

end



6. DESCRIPCION DEL HARDWARE DE

AUDIO A IMPLEMENTAR EN EL PC.

6.1. Esquema funcional y eléctrico.

El prototipo de la tarjeta de audio desarrollada consta de una placa madre que lleva la lógica

necesaria para generar las señales de chip select a los diferentes módulos conectados a ella. A través de

conectores tipo bus ISA se envían a estos módulos alimentación, bus de datos, señales de control y

señales analógicas.

Los módulos conectados son cuatro: un DAC para el canal izquierdo de audio, otro para el canal

derecho, un conversor ADC y un timer programable tipo 8253.

La alimentación proviene de otra placa, y suministra 3 tensiones: +5V, +12V y -12V. La tensión

de 5 voltios se usa para los circuitos digitales y para las referencias de tensión del ADC. Este último

también se alimenta con 5 voltios. La corriente suministrada es alrededor de 700mA.

Las tensiones de +/- 12V alimentan a todos los amplificadores operacionales, a los DAC’s y

eventualmente, a un amplificador de potencia exterior. La corriente suministrada en este caso es alrededor

de 3A.

La placa madre se conecta por una parte al módulo de alimentación, por otra al puerto paralelo

del PC mediante un conector Centronics de 36 pines. Dispone de una entrada analógica conectada

directamente a la tarjeta ADC, y dos salidas analógicas provenientes de los dos DAC’s. El nivel de cada

salida se puede calibrar por separado con ayuda de un potenciómetro, antes de pasar a la etapa de

potencia.



Figura 6.1.1. Esquema de bloques de la tarjeta.

A continuación estudiaremos el funcionamiento de cada módulo por separado, y después veremos

cómo se realiza el interfaz con el puerto paralelo.



Figura 6.1.2. Esquema eléctrico de la etapa de conversión digital-analógica.

El conversor digital-analógico.

Para describir este módulo lo dividiremos en tres secciones:

T Latch de almacenamiento de muestras.

T Conversor digital-analógico.

T Filtro pasa-bajos de salida.

El esquema eléctrico corresponde al de la figura 6.1.2.



La primera sección consta de un circuito integrado 74HCT573 que es un latch de 8 bits con carga

por nivel alto y salida no invertida. Este latch tiene su bus de entrada conectado al bus del sistema,

estando la entrada de habilitación de carga conectada al puerto paralelo a través de la lógica de

decodificación. Cuando se reciba un 1 en esta entrada, el bus de salida del latch seguirá las variaciones

de los bits del bus del sistema, y cuando valga 0, el bus de salida retendrá el último valor binario aplicado

en la entrada. Este circuito nos permitirá retener un valor para aplicarlo al circuito DAC mientras el bus

está ocupado con otro dispositivo.

La salida del 74HCT573 va directamente al conversor digital-analógico (DAC). Para este proyecto

se ha usado un DAC0808 por su bajo coste, su velocidad de respuesta y su facilidad de uso. Dispone de

dos entradas por donde circula una corriente de referencia Iref, fijada mediante dos resistencias de 7,5K.

Sus entradas admiten un dato de 8 bits en binario natural, dando la salida en dos patillas Iout y Iout\. La

primera ofrece una corriente cuyo valor es Iref*DATO/256, y la segunda tiene un valor igual a

Iref*(DATO complementado)/256.

Como necesitamos el valor analógico en forma de tensión, las patillas Iout e Iout\ van a uno de

los amplificadores operacionales que posee el integrado doble operacional TL082, que se emplea aquí

como conversor corriente-tensión.

La salida de este primer operacional ya es una tensión analógica, pero todavía tiene discontinuida-

des que aparecen como “escalones” en el osciloscopio. Para suavizar éstos, y por tanto, eliminar

armónicos indeseados, se recurre al empleo de un filtro paso bajos de 2º orden activo formado por el

segundo operacional del TL082 y sus componentes asociados, conectado a la salida del DAC y acoplado

al mismo mediante un condensador electrolítico de 22uF. Los componentes del filtro se han calculado

para que la frecuencia de corte esté próxima a los 18KHz. La salida puede ir ya hacia el amplificador de

potencia o equipo de grabación.



El conversor analógico-digital

Al igual que el módulo anterior, éste se puede dividir en tres secciones:

T Circuito de entrada y acomodación de señal.

T Conversor analógico-digital.

T Buffer triestado.

El esquema eléctrico corresponde a la figura 6.1.3.

El circuito de entrada tiene una doble función. Por una parte, amplifica las señales de audio

presentes en su entrada hasta un nivel aceptable, y por otra parte, introduce un offset en la salida de tal

forma que la señal que resulta de esta etapa es unipolar y comprendida entre 0 y 5V. Está compuesto por

un operacional tipo 741 o TL081 configurado como amplificador inversor con una ganancia igual a 10.

La patilla no inversora está conectada a una tensión de 4,5V para que el operacional en ausencia de señal

entregue este valor al ADC. Dicha tensión de offset es regulable gracias a un potenciómetro multivuelta.

En el montaje se debe calibrar este potenciómetro de tal forma que cortocircuitando la entrada del

operacional a masa, y con todos los componentes del módulo en funcionamiento, éste dé una salida igual

a 128d.

El conversor analógico-digital es un ADC0820 de National Semiconductor. Este circuito tiene

unas características muy interesantes que merece la pena destacar. En principio, y aún sin tener un precio

elevado, tiene un periodo de conversión de 2us como máximo. Esto es posible ya que combina dos

ADC’s de 4 bits tipo flash en una sola pastilla. Uno de los conversores ofrece los 4 bits más

significativos, y el otro los 4 bits menos significativos. El proceso de conversión tiene dos fases:

En la primera se enfrenta la señal de entrada al primer conversor flash que ofrece directamente

una salida digital correspondiente a los 4 primeros bits. Esta salida va a un DAC que la vuelve a convertir

a analógica.

En la segunda fase la señal de entrada se resta de la señal analógica convertida, y el resultado se

ofrece al segundo convertidor flash. Su resultado es la parte menos significativa del dato completo de 8

bits.

El conversor puede funcionar en dos modos, según el valor de la patilla MODE. Si MODE vale

0, el conversor trabaja en modo WR, y si vale 1 trabaja en modo RD-WR o en el modo Stand-alone

operation. Este último será el que se use, por permitir que el conversor funcione independientemente del

resto del sistema. El cronograma de las señales del ADC en este modo es el de la figura 6.1.4.



Figura 6.1.3. Circuito del módulo de conversión analógico-digital.



Figura 6.1.4. Cronograma del funcionamiento combinado ADC0820-8253

Las entradas CS\ y RD\ están permanentemente a nivel bajo. En esta situación una conversión

empieza con el flanco de subida de WR\. Aproximadamente 1us después, la salida INT pasa a nivel alto

indicando el fin de la conversión. Esta salida INT va por una parte a la placa principal para ser enviada

como señal de interrupción. Por otra parte va a la entrada GATE1 del temporizador 8253. El pulso de INT

provoca que el 8253 inicie una cuenta que se habrá programado con anterioridad. Al finalizar dicha

cuenta se generará un pulso de nivel bajo en la salida OUT1 del timer, que está conectada a la entrada

WR\ del ADC. De esta forma se provocan conversiones de manera automática y a una frecuencia de

muestreo elegida por el usuario.

Como la entrada CS\ va a estar siempre activada, la salida digital está siempre disponible en el

bus de salida del conversor, pero ello podría acarrear conflictos si es el ordenador quien va a escribir en

él. Por ello es necesario el uso de un buffer provisto de habilitación tri-estate. El integrado elegido es el

74HCT541 que dispone de un bus de entrada, otro de salida no invertida. Dos señales G1\ y G2\ habilitan

éste último al forzarlas a nivel bajo, lo que nos posibilitará desconectar desde el ordenador el ADC del

bus sin perjuicio de que cesen las conversiones. Además protege al ADC de una sobrecarga en sus buses.

Esto puede pasar ya que el método que se va a usar para escribir un dato en el puerto paralelo consistirá

en poner todas las lineas de datos del bus a 1 lógico, y después hacer que el dispositivo que escribe fuerce

las lineas que desee a 0 para escribir el dato. Se necesita por tanto un integrado que tenga la “fuerza”

suficiente como para vencer a la tensión existente en el bus.



Temporizador programable.

Consta de un circuito integrado 8253 de Intel igual al de los primeros PC, más un oscilador que

genera una señal cuadrada de 1,17924375MHz. Este oscilador consta de un cristal oscilador de

18,8679MHz y un circuito contador de 4 bits 74161 del que sólo se emplea la última salida, en donde

encontramos una señal de reloj de frecuencia igual a 1/16 de la frecuencia de reloj de entrada.

El circuito de este módulo es el 6.1.5. Como se puede ver el timer tiene casi todas sus lineas de

control conectadas a la regleta de conexiones. Realmente es la placa madre la que provee de señales de

control a este módulo. De sus tres contadores, el 0 se usa como generador de onda cuadrada para generar

una interrupción periódica que será la que provoque el disparo del emulador DMA. El contador 1 se

emplea para provocar que el ADC0820 este continuamente realizando conversiones y se programa en el

modo ‘hardware triggered strobe’. El contador 2 no se usa.

Como señal de habilitación por parte de la placa madre se usa la propia entrada CS\ del 8253. La

entrada RD\ está siempre a 1 ya que no se van a hacer lecturas de este dispositivo. Las entradas A1 y A0

seleccionan uno de los cuatro registros internos del timer. Todas las entradas de control estarán bajo el

control del ordenador, quien será el responsable de activarlas de acuerdo con la secuencia de escritura que

indica el fabricante.



Figura 6.1.5. Circuito del temporizador generador de interrupciones.



Placa principal del sistema.

Es quien actúa de interfaz entre los módulos y el puerto paralelo. Se encarga de gestionar las

lineas de control desde el puerto parlelo hacia los módulos, y de estos a las lineas de estado hacia el

ordenador.

El puerto paralelo tiene 4 lineas de control: C0, C1, C2 y C3 pero entre todos los dispositivos, las

entradas de control son 7: 4 para cada chip select más 3 para las lineas A1, A0 y WR\ del 8253. Como

sólo podemos usar un puerto paralelo, y no es conveniente usar las lineas del propio bus de datos como

lineas de control (ello obligaría a usar más escrituras en el puerto para realizar una operación) debemos

hallar una forma de compartir estas señales de control.

La solución más simple y que implica menos intervención software consiste en lo siguiente: en

primer lugar se asignan estas 4 señales a los chip select de los 4 módulos. Así, C0 irá al DAC izquierdo,

C1 al derecho, C2 al ADC y C3 al timer. De los cuatro módulos, tres de ellos (los dos DAC’s y el ADC)

deben poder estar activos a un tiempo mientras que el timer sólo debe estar activo mientras se realiza la

escritura de un contador. Además la operación de escritura del 8253 es incompatible con la emisión de

muestras a alguno de los DAC’s o la recogida de muestras desde el ADC, por lo que estos tres módulos

deben quedar completamente desconectados del bus. Esto se consigue usando la señal C3 del timer como

“cerrojo” para el resto las otras 3 señales de control. Así, si el C3 vale 1, éste quedará inactivo y las otras

tres señales estarán conectadas a las entradas de habilitación de los módulos. En cambio, si vale 0, la

señal C0 pasará a ser WR del 8253, C1 pasa a ser A1\ y C2 se conecta a A0.



Registro de control del puerto paralelo.

no usada no usada no usada EN_INT C3 C2 C1 C0

7 6 5 4 3 2 1 0

ENT_INT tiene el mismo significado que EN_ACK. Si vale 1 se permiten interrupciones

provenientes de este puerto, y si está a 0 se deshabilitan.

Señal C3=0 (no timer) C1=1 (con timer)

C2 0=Deshabilitar salida del ADC

1=Habilitar salida del ADC

0=Selecciona A0=0

1=Selecciona A0=1

C1 0=Habilitar DAC derecho

1=Deshabilitar DAC derecho

0=Selecciona A1=1

1=Selecciona A1=0

C0 0=Habilitar DAC izquierdo

1=Deshabilitar DAC izquierdo

0=Impide escritura en el 8253

1=Permite escritura en el 8253

La única señal de entrada al puerto paralelo que se usa es ACK\ que dispara la interrupción del

puerto paralelo cuando alguna de las dos lineas de interrupción posibles (OUT0 o INT) pasan de 0 a 1.

El circuito eléctrico de la placa principal es el de la figura 6.1.6.



Figura 6.1.6. Circuito de la placa madre.



Figura 6.1.7. Esquema eléctrico del módulo de alimentación.

Módulo de alimentación.

Está construido alrededor de los integrados reguladores 7805, 7812 y 7912. Estas tres tensiones

se recogen de dos transformadores, siendo rectificadas por sendos puentes de diodos. Cada salida de

tensión está filtrada por un condensador de alta capacidad (2200uF). Un condensador de 100nF de

poliéster se encarga de derivar a tierra cualquier señal que se pudiera filtrar desde los circuitos digitales

a causa de las transiciones bruscas de nivel que provocan. El circuito por lo demás es el estándar para

estos casos, siendo innecesario cualquier otro comentario. La figura 6.1.7 muestra su esquema.



6.2.- Programación de la tarjeta de sonido.

En la sección anterior se ha mostrado una tabla con los bits de control que controlan el

funcionamiento de la tarjeta. En ésta se darán algunos ejemplos de funcionamiento.

Para ello, supondremos que el puerto de datos tiene la etiqueta lptdata, el puerto de estado lptstd

y el puerto de control lptctrl.

La tarjeta permite realizar, entre otras, las siguientes operaciones:

L Utilización de cualquiera de los dos DAC’s o los dos a un tiempo para reproducir sonido

monoaural.

L Utilización de los dos DAC’s en modo estéreo.

L Modo escucha: muestreo desde el ADC y reproducción simultánea en cualquiera de los

DAC’s sin intervención de la CPU.

L Modo multiplexado: muestreo desde el ADC y reproducción en mono o estéreo de otra

muestra independiente de la convertida por el ADC.

L Cambio de la frecuencia de muestreo tanto de reproducción como de conversión ADC.

Utilización de cualquiera de los dos DAC’s o los dos a un tiempo para reproducir sonido

monoaural.

Para ello sólo hay que activar cuál o cuáles queremos usar. Para ello basta hacer un OUT al puerto

lptctrl con los bits del DAC correspondiente a 0. Después basta con enviar datos al puerto lptdata sin tener

que usar ningún protocolo.

Utilización de los dos DAC’s en modo estéreo.

Se activará alternativamente el DAC izquierdo y el derecho. En cada activación se escribirá el

dato deseado a lptdata para que cada DAC lo recoja. Un procedimiento para hacer esto sería:

Procedimiento Estereo (dato_izq, dato_der)

out lptctrl,00000011b ;desactivamos los DAC’s.

out lptdata,dato_izq ;ponemos dato_izq en el bus del sistema.

out lptctrl,00000010b ;activamos el DAC izquierdo para que lea

;la muestra en su latch.

out lptctrl,00000011b ;desactivamos DAC izquierdo. El dato

;sigue en su latch.

out lptdata,dato_der ;ponemos dato_der en el bus del sistema.

out lptctrl,00000001b ;activamos DAC derecho.

out lptctrl,00000011b ;desactivamos DAC derecho.

Fin



Modo escucha: muestreo desde el ADC y reproducción simultánea en cualquiera de los DAC’s sin

intervención de la CPU.

Esta operación se inicia activando el bit C2 para permitir que el ADC vuelque sus datos al bus,

y poniendo a 0 los bits C1 y/o C0 para escuchar lo que está siendo digitalizado en ese momento. El dato

también está presente en el puerto paralelo desde donde el ordenador lo puede leer usando como

protocolo la señal ACK (condición ACK=1) o la interrupción correspondiente.

Es necesario haber inicializado el contador 1 con un valor válido para la frecuencia de muestreo

del ADC para que aquél envíe solicitudes de conversión a éste.

Modo multiplexado: muestreo desde el ADC y reproducción en mono o estéreo de otra muestra

independiente de la convertida por el ADC.

Este es el modo más flexible que tiene la tarjeta. De esta manera se usa el bus como si hubiera dos

distintos: uno de entrada desde el ADC a la CPU y otro de salida desde la CPU a los DAC’s. Para ello

hay que dedicar un tiempo de bus a cada dispositivo, siendo el ordenador el encargado de gestionarlo.

Este mecanismo permite realizar efectos en tiempo real tales como eco, reverb, distorsión u otros

más complejos y espectaculares.

El siguiente procedimiento muestra cómo usar este modo:

Procedimiento Lee_y_escribe (dato_izq, dato_der, var dato_entrada)

Estereo (dato_izq, dato_der)

out lptdata,11111111b ;Pone el bus a nivel alto para poder escribir en él

out lptctrl,00010111b ;Habilita ADC e interrupción del timer

dato_entrada= in (lptdata) ;Lee la muestra y la pone en la variable de salida

Fin

Esta función debe ser llamada desde dentro de la interrupción del ADC. Si no se quieren usar

interrupciones se debe chequear el estado del bit 6 de lptstd. El paso del valor de este bit de 0 a 1 indica

que hay datos disponibles. El chequeo debe producirse justo antes de la lectura del ADC.

Cambio de la frecuencia de muestreo tanto de reproducción como de conversión ADC.

Para ello habremos de programar al 8253 de la tarjeta según se ha indicado (modo 3 para la

interrupción periódica de los DAC’s y modo 5 para la del ADC). El esquema de programación de un

circuito 8253 se vio en el capítulo 4. Aquí la cosa no es tan sencilla. Lo que en el timer del sistema es un

simple OUT, aquí se convierte en un procedimiento entero, que escribiremos en lenguaje C para este

ejemplo. Los pasos que se ejecutan son:

T Deshabilitar todos los dispositivos.

T Poner en el bus del sistema el valor que se va a escribir en el 8253.

T Activar C3. Programar C2 y C1 dependiendo del registro interno al que se vaya a acceder. Poner



C0=1 para permitir la escritura.

T Esperar un tiempo para que los registros internos del 8253 tengan tiempo de recoger el dato.

T Desactivar C3 con lo que el timer queda desconectado del bus.

El procedimiento es el siguiente:

void e8253 (int a1, int a0, int valor)

{

int mascara;

mascara=(a0<<2)|((!a1)<<1)|0x19;

outp(lptdata,valor);

outp(lptctrl,mascara);

esperar(); /* se realiza una espera de unos cuantos microsegundos */

outp(lptctrl,mascara&0xfe);

}



7. LA RUTINA DE EJECUCION DEL

INTERPRETE MOD

7.1.- Descripción del funcionamiento del intérprete MOD.

El intérprete MOD que presentaremos en este capítulo está basado en las ideas que se han

expuesto en los capítulos precedentes. Las características de este intérprete son:

T Soporta 4 canales de sonido digital en 8 bits completamente independientes.

T Puede reproducir sonido a través del altavoz interno, un DAC en el puerto paralelo, una Sound

Blaster o bien a través de la tarjeta de proyecto descrita.

T Soporta tanto mezcla monoaural como mezcla estereofónica (la nativa del Amiga).

T Optimizado para frecuencias de muestreo de hasta 32KHz.

T Cada instrumento puede ocupar tanto espacio como memoria haya en el sistema rompiendo la

barrera de 64K por instrumento.

T Los instrumentos se almacenan en memoria extendida XMS dejando la mayor parte de la

memoria convencional libre.

T Se soportan casi todos los comandos de la versión 2.0 de la especificación .MOD

T Se usa el modelo de memoria 32-bit flat pointer para asegurar la compatibilidad con DOS y

permitir la compilación con un compilador estándar de 16 bit para DOS (Turbo C++ 1.0).

T Ampliable hasta 16 canales sin disminución de la frecuencia de muestreo.

Durante su funcionamiento se usan las siguientes estructuras de datos:



Tabla de instrumentos.

Es una matriz de 31 entradas. Cada entrada es un registro con el siguiente contenido:

st_ins struc

nombre_ins db 22 dup(?)

long_ins dw ?

volum_ins dw ?

loop_s dw ?

loop_l dw ?

base_ins dd ?

mcb dw ?

st_ins ends

Cada entrada de esta matriz se rellena con los datos proporcionados por el fichero .MOD. El

campo base_ins se rellena en el momento de pedir memoria para el instrumento, y contiene la dirección

física (no el descriptor) de la primera muestra del instrumento. El descriptor se almacena en el campo

mcb (Memory Control Block) para poder acceder al instrumento desde el módulo cargador.

Los campos loop_s y loop_l contienen respectivamente el desplazamiento en bytes desde el

principio del instrumento de la primera muestra que interviene en el loop, y la longitud en bytes del

mismo. La porción de instrumento definida por estos campos se leerá una y otra vez después de haberse

leído todas las muestras del instrumento una vez. Esto sirve para definir sonidos ininterrumpidos. Si el

instrumento no tiene loop, estos campos valdrán respectivamente 0 y 1.

El volúmen del instrumento, volum_ins, es el volúmen al que se leerá el instrumento, si no hay

ningún comando que altere este valor. El rango es el usual en los MOD: de 0 a 64.

La longitud del instrumento se almacena en un entero de 2 bytes, long_ins, por lo cual, y en

principio solo se permiten instrumentos de hasta 64K. La rutina intérprete convierte este valor en 32 bits

de modo que alterando el módulo de carga se pueden leer instrumentos de más de 64K.

El campo nom_ins contiene el nombre del instrumento. Originalmente este campo guardaba la

trayectoria completa del fichero donde estaba almacenado, ya que el original Sound Tracker mantenía en

discos separados cada uno de los grupos de instrumentos de que constaba su librería de sonidos. Cuando

se cargaba una canción dentro de este programa, este campo indicaba dónde había que buscar el fichero

que contenía el instrumento requerido. No se usa durante el funcionamiento de esta rutina.

Tabla de punteros a patrones.

Es un vector de 64 posiciones. Cada posición es un puntero largo de modo real al principio de cada uno

de los patrones que forman el módulo.Cada patrón contiene los datos de los 4 canales para un total de 64

lineas de ejecución.



Registro de canal.

Existe uno por cada canal de sonido que se va a emular. Contiene todos los datos que hacen falta durante

la mezcla digital.

Es el más usado, y debe ubicarse en una dirección de memoria que sea frontera de doble palabra

a fin de optimizar los accesos a cada uno de sus campos.

Su contenido es el siguiente:

st_muest struc

fin_muest dd 1

pri_muest dd 0

looplm dd 1

loopsm dd 0

basetabla dw 0

volumen dw 0

vol_play dw 0

vol_tabla dw 0

pitch dw 0

valor_slide dw 0

arpegio1 dw 0

arpegio2 dw 0

valtslide dw 0

finslide dw 0

valor_pitch dw 0

num_ins db 0

valefecto db 0

flag_pitch db 0

flag_slide db 0

flag_arpegio db 0

flag_tslided db 0

flag_tslideu db 0

st_muest ends

Este registro se actualiza con cada llamada al bucle de mezcla (que se describirá más adelante).

Los cuatro primeros campos se rellenan con los correspondientes valores del instrumento leído en cada

canal definido en la linea actual del patrón actual del módulo. Esta función la realiza la macro act_canal.

El campo volumen contiene el valor del volúmen por defecto del instrumento, o el volúmen actual

definido por cualquiera de los comandos que alteran su valor.

El campo vol_play contiene el valor del volúmen real con el que será tocado el instrumento. Este

valor difiere del del campo volumen en que aquél está afectado por el valor del volúmen general del

canal, seleccionable por el usuario. El contenido de vol_play es, en cada instante igual a

volumen*volumen_del_canal/256.



El campo vol_tabla contiene el valor de un puntero corto (referido a DS) que apunta a una tabla

de 256 posiciones. Cada valor de esta tabla es el resultado de multiplicar el valor de la muestra leída por

el valor de vol_play y dividido entre 64. El valor de este campo cambia cada vez que lo hace vol_play,

y permite multiplicar y dividir bytes con mucha mayor rapidez que con la instrucción imul (se ganan de

5 a 10 ciclos por multiplicación).

El campo pitch contiene el valor de la nota en el formato en que es usada en el Amiga.

Cuando se vio el apartado referente al 8364 se apuntó que la manera de almacenar la frecuencia de

muestreo de cada canal era a través de un divisor que dividía a la frecuencia base de funcionamiento del

chip. Este valor es el que se usa en los comandos que pueden alterarlo (slide, arpegio, toneslide, etc...).

El intérprete no puede usar este valor directamente para manejar el tono de la muestra. En el

capítulo 5 se introdujo la manera de hacer sonar distintas muestras a distintas frecuencias de muestreo

menores que un valor de frecuencia de muestreo máxima, usando un solo timer (y por tanto una sola

frecuencia de muestreo común). En el Amiga esto no hace falta dado que cada canal tiene su propio timer

y su propia lógica de DMA, pero aquí sólo tenemos un timer.

El procedimiento que se describió en su momento consiste en usar una tabla de incrementos

definida para cada nota posible. Esta tabla contiene los valores que se han de añadir al valor del campo

pri_muest para que vaya direccionando una a una las diferentes muestras que componen el instrumento

al ritmo indicado por la nota que se quiere tocar. Esto es, si la tabla contiene los valores 1,0,1,0,1,0,... el

instrumento se tocará a la mitad de la frecuencia de muestreo nominal. Si contiene los valores

1,1,0,1,1,0,1,1,0,... el instrumento se leerá a un ritmo de 2/3 de la frecuencia de muestreo nominal.

Cada vez que se recalcula el valor de pitch se usa para calcular la dirección de la correspondiente

tabla de incrementos. Esta dirección se guarda en el campo basetabla.

El número de instrumento usado se guarda en el campo instrumento.

El resto de los campos están relacionados con los distintos comandos soportados por el intérprete

y se discutirán cuando se comente la rutina de cálculo de efectos.

canal4_mono macro

local buc_canal1,buc_canal2,buc_canal3,buc_canal4

local setloops_c1,setloops_c2,setloops_c3,setloops_c4

local fin_canal1,fin_canal2,fin_canal3,fin_canal4

; Uso de los registros

; ECX = contador del bucle

; EDX = proximo valor de la tabla Bresenham

; EBX = direccion base de la tabla Bresenham

; EBP = puntero a la muestra a leer

; ES:DI = puntero al buffer DMA

; EAX = muestra le¡da

; ESI = direccion de la tabla de volumenes para cada canal

;Procesando canal 1



movzx ecx,bytes_trans ; Longitud buffer DMA

les di,bloque_lle ; Direcci¢n buffer DMA

movzx edx,br_indice ; Indice al proximo valor de la tabla de incrementos

mov ebp,tab_muest1.pri_muest ; Direcci¢n de la pr¢xima muestra a leer

movzx esi,tab_muest1.vol_tabla ; Tabla de traducci¢n para el vol£men de este canal

movzx ebx,tab_muest1.basetabla ; Direcci¢n base de la tabla de incrementos para esta nota

xor eax,eax ; Ponemos a 0 todo el registro EAX.

buc_canal1: mov al,fs:[ebp] ; AL=muestra actual

mov al,[esi+eax] ; AL=AL*volumen1/128

stosb ; Almacena muestra

mov al,[ebx+edx] ; Lee el valor para incrementar el puntero a la pr¢xima

muestra

inc dl ; Incrementa ¡ndice a la tabla de incrementos

add ebp,eax ; Actualiza puntero a la siguiente muestra

cmp ebp,tab_muest1.fin_muest ; "Se ha terminado de leer la muestra o el loop?

ja setloops_c1 ; S¡, vuelve al principio del loop

loop buc_canal1 ; Siguiente muestra

jmp fin_canal1 ; Fin de este canal

setloops_c1: mov ebp,tab_muest1.loopsm ; EBP=principio del loop

mov eax,tab_muest1.looplm

mov tab_muest1.fin_muest,eax ; fin_muestra ahora es el fin del loop

xor eax,eax ; Volvemos a borrar EAX

loop buc_canal1 ; Y seguimos leyendo muestras

fin_canal1: mov tab_muest1.pri_muest,ebp ; Almacenamos el puntero a la siguiente muestra

;Procesando canal 2 (la mecánica es análoga al canal 1)

movzx ecx,bytes_trans

les di,bloque_lle

mov ebp,tab_muest2.pri_muest

movzx esi,tab_muest2.vol_tabla

movzx ebx,tab_muest2.basetabla

xor eax,eax

buc_canal2: mov al,byte ptr fs:[ebp]

mov al,[esi+eax]

add es:[di],al ; En lugar de almacenar la muestra se a'ade a la anterior

inc di ; Incrementamos el puntero al buffer DMA

mov al,byte ptr [ebx+edx]

inc dl

add ebp,eax

cmp ebp,tab_muest2.fin_muest

ja setloops_c2

loop buc_canal2

jmp fin_canal2

setloops_c2: mov ebp,tab_muest2.loopsm


mov tab_muest2.fin_muest,eax

xor eax,eax

loop buc_canal2

fin_canal2: mov tab_muest2.pri_muest,ebp

;Procesando canal 3




les di,bloque_lle




xor eax,eax


mov al,[esi+eax]

add es:[di],al

inc di


inc dl

add ebp,eax


ja setloops_c3

loop buc_canal3

jmp fin_canal3




xor eax,eax

loop buc_canal3


;Procesando canal 4


les di,bloque_lle




xor eax,eax


mov al,[esi+eax]

add al,80h

add es:[di],al

inc di


inc dl

add ebp,eax


ja setloops_c4

loop buc_canal4

jmp fin_canal4




xor eax,eax

loop buc_canal4


mov br_indice,dx ; Almacenamos índice al pr¢ximo valor de la tabla de

incrementos

endm



El emulador DMA.

Consiste en una rutina activada por un timer, que en el caso de la tarjeta de proyecto es el propio

timer de la misma, y en un DAC simple es el timer del sistema. Esta rutina simplemente carga el puntero

de dirección actual y lee el siguiente dato a enviar al puerto paralelo (o a los dos siguientes, si es estéreo)

.Las muestras se envían entonces usando el protocolo adecuado:

L Si el dispositivo de salida es el altavoz interno, usa la tabla COMPRES.INC para obtener el

verdadero valor de la muestra que se enviará.

L Si es un DAC simple conectado a las lineas de datos de un puerto paralelo, se envía la muestra

a éste sin más.

L Si es la tarjeta de proyecto, se activa el canal izquierdo y se envía la muestra correspondiente. Se

desactiva éste, y se activa el derecho enviándose también su muestra. Después se desactivan los dos.

Una vez cmpletada la transferencia se decrementa el contador del emulador DMA, y si llegó a 0

se llama a la rutina prep_datos, que corresponde a las tareas a realizar cuando se da la condición de EOC

(End Of Count) en el emulador.

Finalmente, se restauran los registros, se manda un EOI al 8259 y se sale de la rutina.

Este es el fuente de la rutina de interrupciones para el caso de la tarjeta de proyecto:

intproy proc far

push ax

push bx

push dx

push si

push ds

push es

mov al,20h

out 20h,al

mov ax,dgroup

mov ds,ax

cmp terminado,0

jne fin_iproy

les si,bloque_dma

mov bx,indice_int

mov al,es:[bx+si]



mov dx,lptdata

out dx,al

mov al,00010010b

mov dx,lptctrl

out dx,al

jmp $+2

mov al,00010011b

out dx,al

jmp $+2

mov al,es:[bx+si+1]

mov dx,lptdata

out dx,al

jmp $+2

mov al,00010001b

mov dx,lptctrl

out dx,al

jmp $+2

mov al,00010011b

out dx,al

add indice_int,2

sub cont_int,2

jz fin_bl_pry

fin_iproy: pop es

pop ds

pop si

pop dx

pop bx

pop ax

iret

fin_bl_pry: call prep_datos

pop es

pop ds

pop si

pop dx

pop bx

pop ax

iret

intproy endp



Rutina de cálculo de efectos.

Los efectos se procesan 50 veces por segundo. En el Amiga esta tarea la hacía una rutina disparada

por la interrupción del retrazo vertical del monitor. Esto suponía una frecuencia de 50Hz (60Hz) en los

Amiga del mercado estadounidense). El retrazo vertical es el recorrido que hace el rayo catódico del tubo

de imagen del monitor cuando viaja desde la esquina inferior derecha hasta la superior izquierda, para

empezar a dibujar una nueva imagen. Mientras sucede no se dibuja nada en la pantalla. En cuanto se

inicia se dispara dicha interrupción, que suele utilizarse para dibujar en la memoria de pantalla de tal

manera que cuando la nueva imagen empieza a dibujarse en el monitor ya está completa en la RAM de

video por lo que no se aprecian discontinuidades o parpadeos durante una animación.

Aunque la tarjeta de sonido usada en el proyecto nos proporciona una linea de interrupción

dedicada a la emulación de la DMA, y podríamos usar el timer del PC para esta tarea, hemos preferido

no usar éste, sino aprovechar la “señal” de interrupción de “fin de DMA” que origina el emulador para

instalar en ella la rutina que calcula los efectos y lee una nueva división.

Haremos, pues, que el tiempo de la transferencia de un bloque por la DMA emulada tarde lo

mismo, sea cual sea la frecuencia de muestreo. Para ello hemos de calcular previamente cuál será la

longitud de este bloque. La fórmula es:

O sea, el número de muestras que se leerán en 1/50 de segundo. El emulador de DMA dispone

de un contador de muestras enviadas al puerto paralelo. Cuando esta cuenta acabe se producirá la

condición de “fin de DMA”. Entonces se procederá a llamar a la rutina prep_datos. Esta rutina realiza

las siguientes tareas:

T Inicializa los contadores DMA para una nueva transferencia.

T Comprueba si el módulo se ha terminado, y no continua si es así.

T Realiza una llamada a la rutina swap_bloque que intercambia entre sí la posición de dos bloques

de memoria. Uno de ellos será apuntado por el puntero bloque_llena y es el bloque que va a ser llenado

con las muestras calculadas durante el proceso de mezcla (el bucle interno del intérprete MOD) y que

acaba de ser transferido al puerto paralelo. El otro es el bloque que va ser transferido al puerto paralelo,,

y que acaba de ser relleno con los datos de la última ejecución del bucle de mezcla. Será apuntado por

bloque_dma. Por supuesto, no son los contenidos los que se intercambian, sino los punteros. Con este

mecanismo de doble buffering no se pierde continuidad en la audición del módulo.

T Llama a la rutina llenar_dma para rellenar con muestras el contenido del bloque al que ahora



apunta ‘bloque_llena’.

T Por último llama a la rutina calc_efecto que, a partir de los datos almacenados en la estructura

de cada canal variará los valores de tono y/o volumen de la nota actual tal y como se describe en la

especificación MOD.

La rutina calc_efecto llama cuatro veces a una macro con un parámetro correspondiente al número

de cada canal del módulo. Después actualiza un contador de ticks y, si ese contador ha llegado al número

especificado de ticks por división (ver efecto 15) se vuelve a poner a 0 y se realiza una llamada a la rutina

actualiza. Esta rutina leerá del patrón actual el número de división que viene a continuación. Si la

anterior fue la última, o se recibió un efecto 11 o 13 se leerá de la lista de patrones el número del que

viene a continuación. Ese número de usará como índice a la tabla de patrones cuyas entradas son punteros

a cada uno de los bloques de memoria que almacenan los patrones. La dirección del patón actual se lee

y se pone el contador de divisiones a 0.

La actualización de cada canal la lleva a cabo la macro act_canal que recibe un parámetro como

en calc_efecto. Esta macro extrae la información almacenada en la división actual para ese canal (periodo

de la nota, instrumento y efectos) y actualiza el contenido de las estructuras muestra1 a muestra4 .

El listado siguiente corresponde a los fuentes de las rutinas encargadas todas las tareas descritas

aquí. La rutina de cálculo de efectos se entiende mejor habiendo leído las especificaciones de los MOD’s,

en el capítulo 3.



act_canal macro canal

local hayinfo,noponnota,noponins,no_veloc,novol,noup,nodwn

local slid_dwn,noslide,nada,noarpegio,hayefecto,pon_tpd

local noromper,nosalto,nooffset,notslide,es_slideu

local siguetono1,siguetono2,siguetono3,calc_arp1,calc_arp2

local no_arp1,no_arp2,noact_ins,haz_retrig,hay_numins,mirar0

local nospecial,nosfvolup,nosfvoldo,pon_beat

;Borramos los flags que indican que hay efectos en este canal

mov tab_muest&canal.flag_slide,0

mov tab_muest&canal.flag_tslided,0

mov tab_muest&canal.flag_tslideu,0

mov tab_muest&canal.flag_arpegio,0

mov tab_muest&canal.flag_pitch,0

mov si,es:[bx]

or si,es:[bx+2]

or si,es:[bx+4]

jnz hayinfo

jmp nada

hayinfo: mov si,es:[bx]

or si,si

jz noponnota ;si el campo nota es 0, no hagas nada

cmp byte ptr es:[bx+3],cod_tono

je noponnota ;lo mismo si el efecto es ‘slide to note’.

push bx

mov bx,offset frec2offs

mov tab_muest&canal.pitch,si

add si,si

mov ax,[bx+si-226]

mov tab_muest&canal.basetabla,ax ;Guarda el nuevo valor de baseta-

bla

pop bx

noponnota: mov al,es:[bx+2]

or al,al

jnz hay_numins

cmp word ptr es:[bx],0

jz noponins



mov al,tab_muest&canal.num_ins

hay_numins: mov tab_muest&canal.num_ins,al

dec al

mov dl,42 ;longitud de un elemento de la tabla de instrumentos

mul dl

add ax,offset tab_ins

xor dl,dl


jne haz_retrig

cmp byte ptr es:[bx+3],0

je haz_retrig

mov dl,1

haz_retrig: push bx

mov bx,ax ;bx -> instrumento elegido

mov ax,[bx].volum_ins

mov tab_muest&canal.volumen,ax ;Guarda volumen del instrumento

or dl,dl

jnz noact_ins

mov eax,[bx].base_ins

mov tab_muest&canal.pri_muest,eax ;Guarda offset a la primera pos.

mov ecx,[bx].loop_s

add ecx,eax

mov tab_muest&canal.loopsm,ecx ;Guarda offset del principio del

loop

mov ecx,[bx].long_ins

dec ecx

mov eax,tab_muest&canal.pri_muest

add eax,ecx

mov tab_muest&canal.fin_muest,eax ;Guardar offset del final de la

muestra

mov eax,[bx].loop_l

add eax,tab_muest&canal.loopsm

mov tab_muest&canal.looplm,eax ;Guarda offset del final del loop

noact_ins: pop bx

noponins: mov ax,es:[bx+3]

or ax,ax

jnz hayefecto

jmp nada

hayefecto: cmp al,cod_veloc ;si es el codigo de velocidad

jne no_veloc



cmp ah,32

jb mirar0

jmp nada ;si es >=32, son beats/minuto

mirar0: or ah,ah

jz nada

jmp pon_tpd

;pon_beat: mov bl,ah

; mov ax,750

; div bl

; mov ah,al

pon_tpd: mov velocidad,ah

mov cont_tpd,ah

jmp nada

no_veloc: cmp al,cod_volum ;si es código de volumen

jne novol

mov al,ah ;lee el volumen

xor ah,ah

mov tab_muest&canal.volumen,ax

jmp nada

novol: cmp al,cod_pitchup ;slide up

jne noup


mov al,ah

xor ah,ah

mov tab_muest&canal.valor_pitch,ax

jmp nada

noup: cmp al,cod_pitchdo ;slide down

jne nodwn


mov al,ah

xor ah,ah

neg ax


jmp nada

nodwn: cmp al,cod_vslide ;volume slide

jne noslide




mov al,ah

test al,0f0h

jz slid_dwn

and al,0f0h

sar al,4

xor ah,ah

mov tab_muest&canal.valor_slide,ax

jmp nada

slid_dwn: xor ah,ah

neg ax


jmp nada

noslide: cmp al,cod_arpegio

jne noarpegio


mov cl,ah

mov ax,tab_muest&canal.pitch

sar cl,4

and cl,0fh

jz no_arp1

xor ch,ch

calc_arp1: mov si,32768

mul si

mov si,34716

div si ;en cada vuelta del bucle se divide DX:AX / 2^(1/12)

loop calc_arp1 ;este número es la razón que hay entre la frecuencia

de

;un semitono y el siguiente en la escala musical.

no_arp1: mov tab_muest&canal.arpegio1,ax


mov cl,es:[bx+4]

and cl,0fh

jz no_arp2

xor ch,ch


mul si

mov si,34716

div si

loop calc_arp2




jmp nada

noarpegio: cmp al,cod_break ; si es el codigo de romper patron

jne noromper

mov hacersalto,1

jmp nada

noromper: cmp al,cod_salto

jne nosalto

mov al,ah

xor ah,ah

mov cont_pat,ax

mov hacersalto,1

jmp nada

nosalto: cmp al,cod_offset

jne nooffset

xor eax,eax

mov ah,es:[bx+4] ;efecto

add eax,tab_muest&canal.pri_muest

cmp eax,tab_muest&canal.fin_muest

ja nooffset

mov tab_muest&canal.pri_muest,eax

jmp nada

nooffset: cmp al,cod_tono ;slide to note

jne notslide

mov ax,es:[bx]

or ax,ax

jnz siguetono1

mov ax,tab_muest&canal.finslide

siguetono1: mov tab_muest&canal.finslide,ax

cmp ax,tab_muest&canal.pitch

jbe es_slideu


jmp siguetono3

es_slideu: mov tab_muest&canal.flag_tslideu,1

siguetono3: mov al,es:[bx+4]

or al,al

jnz siguetono2

mov al,tab_muest&canal.valefecto

siguetono2: mov tab_muest&canal.valefecto,al



xor ah,ah

mov tab_muest&canal.valtslide,ax

jmp nada

notslide: cmp al,cod_special ;efectos tipo 14

jne nospecial

mov al,ah

sar al,4

and ax,0f0fh

cmp al,cod_sfvolup ;fine volume up

jne nosfvolup

cmp byte ptr tab_muest&canal.volumen,64

je nosfvolup

add byte ptr tab_muest&canal.volumen,ah

jmp nada

nosfvolup: cmp al,cod_sfvoldo ;fine volume down

jne nosfvoldo


je nosfvoldo

sub byte ptr tab_muest&canal.volumen,ah

jmp nada

nosfvoldo:

nospecial:

nada: add bx,6

endm



efectos macro canal

local nopitch,noslide,noarpegio,notslide,nofin_u,nofin_d

local final,mayor113,menor856,menor64,mayor0,notslideu

local notslided

cmp tab_muest&canal.flag_pitch,0

jz nopitch


sub ax,tab_muest&canal.valor_pitch

cmp ax,113

jge mayor113


mayor113: cmp ax,856

jle menor856


menor856: mov si,ax

mov tab_muest&canal.pitch,ax

add si,si


mov ax,[bx+si-226]

mov tab_muest&canal.basetabla,ax

jmp final

nopitch: cmp tab_muest&canal.flag_slide,0

jz noslide

mov ax,tab_muest&canal.volumen

add ax,tab_muest&canal.valor_slide

cmp ax,64

jle menor64

mov ax,64

menor64: cmp ax,0

jge mayor0

xor ax,ax

mayor0: mov tab_muest&canal.volumen,ax

mul byte ptr volumen&canal

shr ax,6

mov tab_muest&canal.vol_play,ax

shl ax,8

add ax,offset tabla_g_vol

mov tab_muest&canal.vol_tabla,ax

jmp final



noslide: cmp tab_muest&canal.flag_arpegio,0

jz noarpegio


mov si,tab_muest&canal.arpegio1


mov bx,tab_muest&canal.arpegio2

mov tab_muest&canal.arpegio1,bx

mov tab_muest&canal.arpegio2,ax

add si,si


mov ax,[bx+si-226]


jmp final

noarpegio: cmp tab_muest&canal.flag_tslideu,0

jz notslideu

mov si,tab_muest&canal.pitch

sub si,tab_muest&canal.valtslide

cmp si,tab_muest&canal.finslide

ja nofin_u

mov si,tab_muest&canal.finslide


nofin_u: mov tab_muest&canal.pitch,si

add si,si


mov ax,[bx+si-226]


jmp final

notslideu: cmp tab_muest&canal.flag_tslided,0

jz notslided


add si,tab_muest&canal.valtslide


jb nofin_d



nofin_d: mov tab_muest&canal.pitch,si

add si,si


mov ax,[bx+si-226]




jmp final

notslided:

final:

endm



prep_datos proc near

push eax

push ebx

push ecx

push edx

push esi

push edi

push ebp

push fs

cld

inc conta_frames

cmp terminado,0

jne fin_prep

cmp fin_canc,0

jne fin_tprep

mov ax,bytes_trans

mov cont_int,ax

mov indice_int,0

call swap_bloque

xor ax,ax

mov fs,ax

sti

call llenar_dma

call calc_efecto

cli

jmp fin_prep

fin_tprep: mov terminado,1

fin_prep: pop fs

pop ebp

pop edi

pop esi

pop edx

pop ecx

pop ebx

pop eax

ret

prep_datos endp



actualiza proc near

actualiz: mov chivato,1 ;se va a leer una nueva división.

cmp hazpausa,1 ;si vale 1, se congela la lectura de nuevas

divisiones

jne nopausa

ret

nopausa: cmp hacersalto,1

jne nohazsalto

mov hacersalto,0

jmp cambpat

nohazsalto: inc cont_lin

cmp cont_lin,64

jne nocambpat

jmp cambpat

nocambpat: mov ax,patr_act

mov es,ax ;es direcciona el nuevo patron

mov bx,linea_act ;bx se va moviendo a traves del patron

call actual_canal

mov linea_act,bx

call ponvolumen

ret

cambpat: mov cont_lin,255

mov bx,offset lis_patt

mov si,cont_pat

inc cont_pat

mov al,[bx+si] ;leer el nº de patron que sigue en la lista

cmp al,128

je fintocar

mov bl,4 ;tamaño de un elemento de la tabla de punteros a patrones

mul bl

mov bx,ax

add bx,offset tab_patt ;bx -> puntero al patron a tocar

mov dx,[bx] ;dx=offset del nuevo patron

mov linea_act,dx

mov dx,[bx+2] ;dx=segmento del nuevo patron

mov patr_act,dx

jmp actualiz



fintocar: mov fin_canc,1

ret

actualiza endp

actual_canal proc near

act_canal 1

act_canal 2

act_canal 3

act_canal 4

ret

actual_canal endp

calc_efecto proc near

efectos 1

efectos 2

efectos 3

efectos 4

dec cont_tpd

jnz no_llam_act

mov al,velocidad

mov cont_tpd,al

jmp actualiza

no_llam_act: ret

calc_efecto endp

ponvolumen proc C

mov al,byte ptr tab_muest1.volumen

mul volumen1

shr ax,6

mov tab_muest1.vol_play,ax

shl ax,8


mov tab_muest1.vol_tabla,ax


mul volumen2

shr ax,6


shl ax,8






mul volumen3

shr ax,6


shl ax,8




mul volumen4

shr ax,6


shl ax,8



ret

ponvolumen endp

swap_bloque proc near

mov eax,bloque_dma

xchg eax,bloque_lle

mov bloque_dma,eax

ret

swap_bloque endp

llenar_mono proc near

push ebp

canal4_mono

pop ebp

ret

llenar_mono endp

llenar_ste proc near

push ebp

canal4_st



pop ebp

ret

llenar_ste endp

llenar_dma proc near

cmp disp_salida,SBP_ST

je es_ste

cmp disp_salida,PROY

je es_ste

jmp llenar_mono

es_ste: jmp llenar_ste

llenar_dma endp



7.2.- Listado fuente de la biblioteca de rutinas para cargar y

ejecutar MOD’s

El conjunto de rutinas mostradas a continuación permiten al usuario cargar y ejecutar archivos

MOD usando las técnicas comentadas hasta ahora.

La biblioteca soporta varios dispositivos de salida, aunque en este trabajo se ha hecho hincapié

en la emulación de DMA y la tarjeta de sonido proyectada para el puerto paralelo.

Los dispositivos soportados son: altavoz interno, DAC simple en el puerto paralelo, tarjeta de

proyecto, Sound Blaster 2.0 y Sound Blaster Pro.

Se incluye además el fuente de un programa de demostración que hace uso de esta biblioteca,

hecho enteramente en C. No se incluirán las rutinas del gestor de memoria que son las que se han

listado en el capítulo 5.

Los módulos listados son:

TRACKLIB.H Archivo de cabecera para poder usar la biblioteca en las aplicaciones de

usuario.

TRACKLD.C Módulo que se encarga de la inicialización del sistema, carga del módulo y

ajuste de parámetros del mismo.

TRACKEJC.ASM Módulo encargado de la reproducción del archivo MOD.

SECUENC.INC Archivo de inclusión para TRACKEJC.ASM que contiene las secuencias

generadas por el algoritmo de Bresenham para cada nota del rango soportado por los archivos MOD.

COMPRES.INC Archivo de inclusión con una tabla para traducir valores de muestras a valores

apropiados para el altavoz interno. Esta tabla contiene las imágenes de una función que, aplicada a los

valores de un instrumento PCM devuelve otra lista de valores modificados de tal forma que las

muestras con bajo volúmen se amplifican más que las que tienen un volumen más alto. Así la energía

que produce el altavoz interno en la reproducción es la necesaria para que se oiga el sonido con un

cierto volumen sin llegar a la distorsión.

TRPLAY.C Fuente de ejemplo de uso de las funciones de biblioteca.



TRACKLIB.H

#if __STDC__

#define _Cdecl

#else

#define _Cdecl cdecl

#endif

#if !defined(__TRACKLIB)

#define __TRACKLIB

#endif

#if !defined(__STDIO_H)

#include <stdio.h>

#endif

enum SALIDA {ALTAVOZ=0, DAC_LPT, PROY, SB20, SBP_MONO, SBP_ST, NULO=255};

enum {NTSC=0, PAL};

enum {LPT1,LPT2,LPT3};

/* Estas son las variables comunes a los dos módulos de C y ensamblador */

struct st_ins

{

char nombre_ins[22];

unsigned long_ins;

unsigned volum_ins;

unsigned loop_s;

unsigned loop_l;

unsigned long base_ins;

int mcb; };

typedef struct st_ins TINS;

struct st_muest

{

int filler1;

unsigned fin_muest;

unsigned pri_muest;

unsigned seg_muest;

unsigned looplm;

unsigned loopsm;



unsigned basetabla;

unsigned volumen;

unsigned vol_play;

unsigned valor;

unsigned pitch;

unsigned valor_slide;

unsigned arpegio1;

unsigned arpegio2;

char num_ins;

char flag_pitch;

char flag_slide;

char flag_arpegio;

};

typedef struct st_muest TMUESTRA;

extern char *tab_patt[128];

extern char lis_patt[128];

extern TINS tab_ins[31];

extern char nombremod[22];

extern char disp_salida;

extern char chivato;

extern char hacersalto;

extern char hazpausa;

extern volatile char cont_lin;

extern volatile unsigned cont_pat;

extern char terminado;

extern char volumen1;




extern unsigned frecuencia;

extern volatile char velocidad;

extern volatile char cont_tpd;

extern volatile unsigned conta_frames;

extern char *bloque_dma;

extern char *bloque_lle;

extern unsigned sb_puerto;

extern char sb_int;

extern char sb_dma;

extern char sb_time;



extern unsigned lptdata;

extern unsigned lptstd;

extern unsigned lptctrl;

extern TMUESTRA tab_muest1;




int _Cdecl detecta_SB (void);

char _Cdecl parametros_SB (void);

void _Cdecl cambia_frecuencia (char, char);

void _Cdecl init_sampler (void);

void _Cdecl des_sampler (void);

int _Cdecl cargar_modulo (FILE *);

void _Cdecl borrar_modulo (void);

unsigned _Cdecl detecta_LPT (int);

unsigned _Cdecl detecta_proy (void);

char _Cdecl prepara_doble_buffer (void);

void _Cdecl prepara_tabla_vol (char);



TRACKLD.C

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <dos.h>

#include "xmem.h"

#define BREAK 0x0d

#define VOLUMEN 0x0c

#define VELOCIDAD 0x0f

#define SALTO 0x0b

#define PITCHUP 0x01

#define PITCHDOWN 0x02

#define TONO 0x03

#define VSLIDE 0x0a

#define SOFFSET 0x09

#define ALTAVOZ 0

#define DAC_LPT 1

#define PROY 2

#define SB20 3

#define SBP_MONO 4

#define SBP_ST 5

char nombremod[22]; /* nombre del módulo */

unsigned frec2offs[744];

char tabla_g_vol[65][256];

struct st_ins

{


unsigned long long_ins;

unsigned long loop_s;

unsigned long loop_l;

unsigned long base_ins;

unsigned volum_ins;

int mcb;

};

struct hd_ins



{


unsigned long_ins;

unsigned volum_ins;

unsigned loop_s;

unsigned loop_l;

};

/* Estas son las variables comunes a los dos módulos de C y ensamblador */

char *tab_patt[128];

char lis_patt[128];

struct st_ins tab_ins[31];

char disp_salida;

char velocidad;

char terminado;

char hazpausa;

char hacersalto;

extern unsigned int tabla_bres;

unsigned sb_puerto;

char sb_int;

char sb_dma;

char sb_time;

char *bloque_dma;

char *bloque_lle;

char volumen1,volumen2,volumen3,volumen4;

char cont_lin;

unsigned cont_pat;

char chivato;

unsigned bytes_trans;

unsigned conta_frames;

char periodo,perproy;

unsigned frecuencia;

unsigned periodo_ant08;

unsigned lptdata,lptstd,lptctrl;

char numintp;

void moto2intel(unsigned *numero)

/* Eata función convierte un entero de 2 bytes del formato de Motorola al de

Intel, y viceversa */

{

char alto,bajo;



bajo=*numero/256;

alto=*numero%256;

*numero=alto*256+bajo;

}

unsigned detecta_LPT (int);

void e8253 (char, char, char);

int reset_proy (void)

{

char estado,cambio;

unsigned i;

e8253(1,1,0x38);

e8253(0,0,0); /* Silenciar DAC's */

e8253(0,0,0);

e8253(1,1,0x74);

e8253(0,1,0x9b);

e8253(0,1,0x4); /* Programamos el timer del ADC para 1000Hz */

outp(lptctrl,3); /* Deshabilitar todos los dispositivos */

for (i=0,cambio=0;i<5000;i++)

{

estado=inp(lptstd);

if (estado&0x40)

cambio=1;

else if (cambio==1)

cambio=2;

if (cambio==2)

break;

}

e8253(1,1,0x78); /* Silenciar ADC */

e8253(0,1,0);

e8253(0,1,0);

return (cambio==2);

}

unsigned detecta_proy (void)

{

detecta_LPT (0);



if (lptdata!=0 && reset_proy())

{

numintp=(lptdata==0x278)? 0xd : 0xf;

return lptdata;

}

detecta_LPT (1);


{


return lptdata;

}

detecta_LPT (2);


{


return lptdata;

}

return 0;

}

void lee_sample (FILE *modulo, unsigned long longitud, int mcb)

{

char *ptins;

unsigned long offset=0L;

int num_lectur=longitud/32768L;

unsigned ultima_lectur=longitud%32768L;

int i;

ptins=malloc(32768);

for (i=0;i<num_lectur;i++)

{

fread(ptins,1,32768,modulo);

X_escribir(ptins,mcb,offset,32768L);

offset+=32768L;

}

if (ultima_lectur)

{

fread(ptins,1,ultima_lectur,modulo);

X_escribir(ptins,mcb,offset,(unsigned long)ultima_lectur);

}

free(ptins);

}



int cargar_modulo (FILE *modulo)

/*

Carga un módulo en memoria.

Devuelve: 0 ----> Carga efectuada con normalidad.

1 ----> No se pudo encontrar el módulo.

2 ----> Error cargando módulo. Formato erróneo.

3 ----> Formato de módulo erróneo (sample>64K).

4 ----> No hay memoria suficiente para cargar el módulo

*/

{

char tiempo; /* tiempo leído del fichero */

char long_lista; /* longitud de la lista de patrones */

char num_pat; /* nº de patrones que hay almacenados */

char i;

unsigned j;

char *ppatron,*pfuente,*pdestino;

unsigned nota;

char flag31;

unsigned long posic_fichero;

struct hd_ins hd_instru;

memset(tab_ins,0,sizeof(tab_ins));

memset(tab_patt,0,sizeof(tab_patt));

posic_fichero=ftell(modulo);

fseek(modulo,1080,SEEK_CUR);

fread(nombremod,1,4,modulo);

nombremod[4]=NULL;

fseek(modulo,posic_fichero,SEEK_SET);

if (!strcmp(nombremod,"M.K.") || !strcmp(nombremod,"FLT4"))

flag31=16;

else

flag31=0;

if (fread(nombremod,1,20,modulo)<20)

return 2;

for (i=0;i<15+flag31;i++)

{

if (fread(&hd_instru,1,30,modulo)<30)

return 2;



memcpy(tab_ins[i].nombre_ins,hd_instru.nombre_ins,22);

moto2intel(&hd_instru.long_ins);

tab_ins[i].long_ins=hd_instru.long_ins;

moto2intel(&hd_instru.volum_ins);

tab_ins[i].volum_ins=hd_instru.volum_ins;

moto2intel(&hd_instru.loop_s);

tab_ins[i].loop_s=hd_instru.loop_s;

moto2intel(&hd_instru.loop_l);

tab_ins[i].loop_l=hd_instru.loop_l;

tab_ins[i].loop_s*=2;

tab_ins[i].loop_l*=2;

if (tab_ins[i].loop_l)

tab_ins[i].loop_l--;

if (tab_ins[i].long_ins>3)

{

tab_ins[i].long_ins*=2;

tab_ins[i].mcb=X_malloc(tab_ins[i].long_ins);

if (tab_ins[i].mcb<0)

return 4;

tab_ins[i].base_ins=X_direccion(tab_ins[i].mcb);

}

else

tab_ins[i].mcb=-1;

}

fread(&long_lista,1,1,modulo);

fread(&tiempo,1,1,modulo);

if (!tiempo)

tiempo=120;

velocidad=tiempo/20;

if (!velocidad)

velocidad=1;

if (fread(lis_patt,1,128,modulo)<128)

return 2;

num_pat=0;

for (i=0;i<127;i++)

if (lis_patt[i]>num_pat)

num_pat=lis_patt[i];

num_pat++;



for (i=127;i>=0;i--)

if (lis_patt[i]!=0)

break;

if (long_lista<i)

long_lista=i;

lis_patt[long_lista]=128;

if (flag31)

fseek(modulo,4,SEEK_CUR);

ppatron=(char *) malloc(1024);

for (i=0;i<num_pat;i++)

{

tab_patt[i]=(char *) malloc(1536);

if (!(tab_patt[i]))

return 4;

if (fread(ppatron,1024,1,modulo)<1)

return 2;

for

(j=0,pfuente=ppatron,pdestino=tab_patt[i];j<256;j++,pfuente+=4,pdestino+=6)

{

nota=*( (unsigned *)pfuente);

moto2intel(&nota);

if (nota>=0x1000)

{

nota&=0xfff;

pdestino[2]=16;

}

else

pdestino[2]=0;

*( (unsigned *)pdestino)=nota;

pdestino[2]+=(pfuente[2]>>4)&0xf;

pdestino[3]=pfuente[2]&0xf;

if (pdestino[3]==TONO && pfuente[3]>112)

pfuente[3]=112;

if (pdestino[3]==PITCHUP && pfuente[3]>112)

pfuente[3]=112;

pdestino[4]=pfuente[3];

pdestino[5]=0;

}



}

free(ppatron);

for (i=0;i<15+flag31;i++)

if (tab_ins[i].long_ins)

lee_sample(modulo,tab_ins[i].long_ins,tab_ins[i].mcb);

return 0;

}

void borrar_modulo(void)

{

char i;

for(i=0;i<31;i++)

if (tab_ins[i].mcb>=0)

X_free(tab_ins[i].mcb);

for(i=0;i<63;i++)

if (tab_patt[i])

free(tab_patt[i]);

}

void cambia_frecuencia(char letra, char pal)

{

float frec;

float base;

float valor_off,incrm;

unsigned indoff,desde,hasta;

int i,j;

unsigned tabla[36]={856,808,762,720,678,640,604,570,538,508,480,453,

428,404,381,360,339,320,302,285,269,254,240,226,

214,202,190,180,170,160,151,143,135,127,120,113 };

disable();

letra&=0xdf;

if (letra<'A' || letra>'X')

letra='L';

valor_off=(float) (tabla_bres+(letra-'A')*256.0);

base=(pal==0)? 7159090.5 : 7093789.2;

frec=base/226;



for (i=0;i<letra-'A';i++)

frec=frec/1.0594631;

sb_time = (char) (65536.0 - 256000000.0 /

(frec*(2*(disp_salida==SBP_ST)+(disp_salida!=SBP_ST)))/256.0);

bytes_trans=(1+(unsigned)((frec/51)+0.5))&0xfffe;

periodo=(char) (1193180/frec);

perproy=(char) (1179243.75/frec);

periodo_ant08=(unsigned) (frec/18.2);

frecuencia=(unsigned) frec;

if (disp_salida==SBP_ST || disp_salida==PROY)

bytes_trans*=2;

indoff=743;

for (i=0;i<35;i++)

{

desde=tabla[i];

hasta=tabla[i+1];

incrm=(float) (256.0/(tabla[i]-tabla[i+1]));

for (j=desde;j>hasta;j--)

{

frec2offs[indoff--]=(unsigned int) valor_off;

valor_off=valor_off+incrm;

}

}

frec2offs[indoff]=(unsigned int) valor_off;

enable();

}

void asigna_mem_sb (char **bloque)

{

*bloque=(char *) malloc(4096);

*bloque=(char *) MK_FP (FP_SEG (*bloque) + FP_OFF (*bloque)/16 +1,0);

while (FP_SEG(*bloque) & 0x00FF)

*bloque=(char *) MK_FP (FP_SEG(*bloque)+1,0);

}

int parametros_SB (void)

{

char *entorno;



char *dma,*intr;

entorno=getenv("BLASTER");

if (!entorno)

return 0;

strupr(entorno);

dma=strstr(entorno,"D");

intr=strstr(entorno,"I");

if (!dma || !intr)

return 0;

sb_dma=dma[1]-'0';

sb_int=8+intr[1]-'0';

if (sb_int==1)

return 0;

return 1;

}

char prepara_doble_buffer (void)

{

if (!bloque_dma && !bloque_lle)

{

asigna_mem_sb (&bloque_dma);

asigna_mem_sb (&bloque_lle);

}

return (bloque_dma || bloque_lle);

}

void prepara_tabla_vol (char ncanales)

{

int vol,sample,muestra;

for (vol=0;vol<=64;vol++)

for (sample=0;sample<256;sample++)

{

muestra=(signed char) (sample);

tabla_g_vol[vol][sample]=((muestra*vol)>>6)/ncanales;

}

}



TRACKEJC.ASM

comment %

MODULO OBJETO EN ENSAMBLADOR PARA EL PROGRAMA PROCESADOR DE MODULOS DE

TRACKER.

Especificaciones:

-----------------

- Modelo de memoria: large

- Lenguaje de llamada: C (Turbo C)

- Procesador: 80386+

%

.model large

.286

;Esta macro espera hasta que el DSP de la Sound Blaster esté listo para aceptar

comandos

espera_esc macro

local esp_esc

mov dx,sb_puerto

esp_esc: in al,dx

test al,80h

jnz esp_esc

endm

;Esta macro espera hasta que el DSP tenga el dato a leer listo

espera_lec macro

local esp_lec

mov dx,sb_puerto

add dx,2

esp_lec: in al,dx

test al,80h

jz esp_lec

sub dx,4

endm

;Los dispositivos de salida digital que soporta el programa



ALTAVOZ equ 0

DAC_LPT equ 1

PROY equ 2

SB20 equ 3

SBP_MONO equ 4

SBP_ST equ 5

;Los comandos (subconjunto de los soportados en el Amiga Protraker)

cod_break equ 0dh

cod_volum equ 0ch

cod_veloc equ 0fh

cod_pitchup equ 01h

cod_pitchdo equ 02h

cod_tono equ 03h

cod_salto equ 0bh

cod_vslide equ 0ah

cod_arpegio equ 00h

cod_offset equ 09h

cod_vibrato equ 04h

cod_tonvsli equ 05h

cod_special equ 0eh

cod_sfvolup equ 0ah

cod_sfvoldo equ 0bh

.data

;Registro para cada uno de los 31 instrumentos

st_ins struc

nombre_ins db 22 dup(?)

long_ins dd ?

loop_s dd ?

loop_l dd ?

base_ins dd ?

volum_ins dw ?

mcb dw ?

st_ins ends

;Puntero a cada partón

st_patt struc

dd ?

st_patt ends



;Registro para cada canal

st_muest struc

fin_muest dd 1 ; Dirección lineal de la última

muestra

pri_muest dd 0 ; Dirección lineal de la próxima

muestra

looplm dd 1 ; Dirección lineal de la última

muestra del loop

loopsm dd 0 ; Dirección lineal de la primera

muestra del loop

basetabla dw 0 ; Offset relativo a DS de la tabla de

incrementos para este canal

volumen dw 0 ; Volúmen (de 0 a 64) definido por el

módulo

vol_play dw 0 ; volumen*volumen_general_canal/256

vol_tabla dw 0 ; Offset relativo a DS de la tabla de

volúmenes para el valor actual de vol_play

pitch dw 0

valor_slide dw 0

arpegio1 dw 0

arpegio2 dw 0

valtslide dw 0

finslide dw 0

valor_pitch dw 0

num_ins db 0

valefecto db 0 ; Valor del comando leído para este

canal

flag_pitch db 0 ;

flag_slide db 0

flag_arpegio db 0

flag_tslided db 0

flag_tslideu db 0

st_muest ends

extrn C tab_ins:st_ins:31

extrn C tab_patt:st_patt:128

extrn C lis_patt:byte:128

extrn C terminado:byte

extrn C velocidad:byte

extrn C cont_lin:byte ;Contador de lineas de patron leidas

extrn C cont_pat:word ;Contador de patrones leídos

extrn C volumen1:byte



extrn C volumen2:byte ;mascaras para silenciar cada canal



extrn C chivato:byte

extrn C disp_salida:byte ;Salida por altavoz, por D/A o por SB

extrn C hazpausa:byte

extrn C hacersalto:byte

extrn C conta_frames:word

extrn C frec2offs:word:744 ;Tabla de trad. entre frecuencias

Amiga y offsets en la tabla de Bresenham

extrn C tabla_g_vol:byte:16640 ;Tabla de volumenes

br_indice dw 0

patr_act dw 0 ;Solo el segmento

linea_act dw 0 ;Offset dentro del patron actual

;Variables de uso de la Sound Blaster

extrn C bloque_dma:dword

extrn C bloque_lle:dword

extrn C sb_puerto:word

extrn C sb_int:byte

extrn C sb_dma:byte

extrn C sb_time:byte

extrn C bytes_trans:word

offdsp dw 0

segdsp dw 0

;Variables de uso del altavoz interno y el DAC

extrn C periodo:byte

extrn C perproy:byte

extrn C lptdata:word

extrn C lptctrl:word

extrn C lptstd:word

extrn C numintp:byte

extrn C periodo_ant08:word

cont_ant08 dw 0

indice_int dw 0

cont_int dw 0

ant08 dd 0

antproy dd 0

evendata



tab_muest1 st_muest <>

evendata

tab_muest2 st_muest <> ;Tabla de muestras para

evendata

tab_muest3 st_muest <> ;los 4 canales

evendata

tab_muest4 st_muest <>

evendata

fin_canc db 0

cont_tpd db 0

public C cont_tpd

public C tab_muest1

public C tab_muest2

public C tab_muest3

public C tab_muest4

public C tabla_bres

include secuenc.inc ; Valores de la tabla de incrementos

include compres.inc ; Valores de la tabla de traducción

muestra->altavoz

.code player_tracker

.386

public C init_sampler

public C des_sampler

public C ponvolumen

public C detecta_SB

public C detecta_LPT

public C e8253

act_canal macro canal

local hayinfo,noponnota,noponins,no_veloc,novol,noup,nodwn

local slid_dwn,noslide,nada,noarpegio,hayefecto,pon_tpd

local noromper,nosalto,nooffset,notslide,es_slideu

local siguetono1,siguetono2,siguetono3,calc_arp1,calc_arp2

local no_arp1,no_arp2,noact_ins,haz_retrig,hay_numins,mirar0

local nospecial,nosfvolup,nosfvoldo,pon_beat








mov si,es:[bx]

or si,es:[bx+2]

or si,es:[bx+4]

jnz hayinfo

jmp nada

hayinfo: mov si,es:[bx]

or si,si

jz noponnota

cmp byte ptr es:[bx+3],cod_tono

je noponnota

push bx



add si,si

mov ax,[bx+si-226]

mov tab_muest&canal.basetabla,ax ;Guarda el nuevo valor de basetabla

pop bx

noponnota: mov al,es:[bx+2]

or al,al

jnz hay_numins


jz noponins

mov al,tab_muest&canal.num_ins

hay_numins: mov tab_muest&canal.num_ins,al

dec al

mov dl,42 ;longitud de un elemento de la tabla de instrumentos

mul dl

add ax,offset tab_ins

xor dl,dl


jne haz_retrig

cmp byte ptr es:[bx+3],0

je haz_retrig



mov dl,1

haz_retrig: push bx

mov bx,ax ;bx -> instrumento elegido

mov ax,[bx].volum_ins

mov tab_muest&canal.volumen,ax ;Guarda volumen del instrumento

or dl,dl

jnz noact_ins

mov eax,[bx].base_ins

mov tab_muest&canal.pri_muest,eax ;Guarda offset a la primera pos.

mov ecx,[bx].loop_s

add ecx,eax

mov tab_muest&canal.loopsm,ecx ;Guarda offset del principio del

loop

mov ecx,[bx].long_ins

dec ecx

mov eax,tab_muest&canal.pri_muest

add eax,ecx

mov tab_muest&canal.fin_muest,eax ;Guardar offset del final de la

muestra

mov eax,[bx].loop_l

add eax,tab_muest&canal.loopsm

mov tab_muest&canal.looplm,eax ;Guarda offset del final del loop

noact_ins: pop bx

noponins: mov ax,es:[bx+3]

or ax,ax

jnz hayefecto

jmp nada

hayefecto: cmp al,cod_veloc ;si es el codigo de velocidad

jne no_veloc

cmp ah,32

jb mirar0

jmp nada ;si es >=32, son beats/minuto

mirar0: or ah,ah

jz nada

jmp pon_tpd

;pon_beat: mov bl,ah

; mov ax,750

; div bl

; mov ah,al



pon_tpd: mov velocidad,ah

mov cont_tpd,ah

jmp nada

no_veloc: cmp al,cod_volum ;si es código de volumen

jne novol

mov al,ah ;lee el volumen

xor ah,ah

mov tab_muest&canal.volumen,ax

jmp nada

novol: cmp al,cod_pitchup

jne noup


mov al,ah

xor ah,ah


jmp nada

noup: cmp al,cod_pitchdo

jne nodwn


mov al,ah

xor ah,ah

neg ax


jmp nada

nodwn: cmp al,cod_vslide

jne noslide


mov al,ah

test al,0f0h

jz slid_dwn

and al,0f0h

sar al,4

xor ah,ah


jmp nada

slid_dwn: xor ah,ah

neg ax




jmp nada

noslide: cmp al,cod_arpegio

jne noarpegio


mov cl,ah


sar cl,4

and cl,0fh

jz no_arp1

xor ch,ch


mul si

mov si,34716

div si

loop calc_arp1



mov cl,es:[bx+4]

and cl,0fh

jz no_arp2

xor ch,ch


mul si

mov si,34716

div si

loop calc_arp2


jmp nada

noarpegio: cmp al,cod_break ; si es el codigo de romper patron

jne noromper

mov hacersalto,1

jmp nada

noromper: cmp al,cod_salto

jne nosalto

mov al,ah

xor ah,ah

mov cont_pat,ax

mov hacersalto,1

jmp nada



nosalto: cmp al,cod_offset

jne nooffset

xor eax,eax

mov ah,es:[bx+4] ;efecto

add eax,tab_muest&canal.pri_muest

cmp eax,tab_muest&canal.fin_muest

ja nooffset

mov tab_muest&canal.pri_muest,eax

jmp nada

nooffset: cmp al,cod_tono

jne notslide

mov ax,es:[bx]

or ax,ax

jnz siguetono1

mov ax,tab_muest&canal.finslide

siguetono1: mov tab_muest&canal.finslide,ax

cmp ax,tab_muest&canal.pitch

jbe es_slideu


jmp siguetono3

es_slideu: mov tab_muest&canal.flag_tslideu,1

siguetono3: mov al,es:[bx+4]

or al,al

jnz siguetono2

mov al,tab_muest&canal.valefecto

siguetono2: mov tab_muest&canal.valefecto,al

xor ah,ah

mov tab_muest&canal.valtslide,ax

jmp nada

notslide: cmp al,cod_special

jne nospecial

mov al,ah

sar al,4

and ax,0f0fh

cmp al,cod_sfvolup

jne nosfvolup


je nosfvolup

add byte ptr tab_muest&canal.volumen,ah

jmp nada



nosfvolup: cmp al,cod_sfvoldo

jne nosfvoldo


je nosfvoldo

sub byte ptr tab_muest&canal.volumen,ah

jmp nada

nosfvoldo:

nospecial:

nada: add bx,6

endm

canal4_mono macro










; EAX = muestra leída


;Procesando canal 1

movzx ecx,bytes_trans ; Longitud buffer DMA

les di,bloque_lle ; Dirección buffer DMA

movzx edx,br_indice ; Indice al proximo valor de la tabla

de incrementos

mov ebp,tab_muest1.pri_muest ; Dirección de la próxima muestra a

leer

movzx esi,tab_muest1.vol_tabla ; Tabla de traducción para el volúmen

de este canal

movzx ebx,tab_muest1.basetabla ; Dirección base de la tabla de



incrementos para esta nota

xor eax,eax ; Ponemos a 0 todo el registro EAX.

buc_canal1: mov al,fs:[ebp] ; AL=muestra actual

mov al,[esi+eax] ; AL=AL*volumen1/128

stosb ; Almacena muestra

mov al,[ebx+edx] ; Lee el valor para incrementar el

puntero a la próxima muestra

inc dl ; Incrementa índice a la tabla de

incrementos

add ebp,eax ; Actualiza puntero a la siguiente

muestra

cmp ebp,tab_muest1.fin_muest ; ¿Se ha terminado de leer la muestra

o el loop?

ja setloops_c1 ; Sí, vuelve al principio del loop

loop buc_canal1 ; Siguiente muestra

jmp fin_canal1 ; Fin de este canal

setloops_c1: mov ebp,tab_muest1.loopsm ; EBP=principio del loop


mov tab_muest1.fin_muest,eax ; fin_muestra ahora es el fin del

loop

xor eax,eax ; Volvemos a borrar EAX

loop buc_canal1 ; Y seguimos leyendo muestras

fin_canal1: mov tab_muest1.pri_muest,ebp ; Almacenamos el puntero a la

siguiente muestra

;Procesando canal 2 (la mecánica es análoga al canal 1)


les di,bloque_lle




xor eax,eax


mov al,[esi+eax]

add es:[di],al ; En lugar de almacenar la muestra se

añade a la anterior

inc di ; Incrementamos el puntero al buffer



DMA


inc dl

add ebp,eax


ja setloops_c2

loop buc_canal2

jmp fin_canal2




xor eax,eax

loop buc_canal2


;Procesando canal 3


les di,bloque_lle




xor eax,eax


mov al,[esi+eax]

add es:[di],al

inc di


inc dl

add ebp,eax


ja setloops_c3

loop buc_canal3

jmp fin_canal3




xor eax,eax

loop buc_canal3




;Procesando canal 4


les di,bloque_lle




xor eax,eax


mov al,[esi+eax]

add al,80h

add es:[di],al

inc di


inc dl

add ebp,eax


ja setloops_c4

loop buc_canal4

jmp fin_canal4




xor eax,eax

loop buc_canal4


mov br_indice,dx ; Almacenamos índice al próximo valor

de la tabla de incrementos

endm

canal4_st macro












; EAX = muestra leída


;Procesando canal 1


shr ecx,1 ; La frecuencia de muestreo en

estereo es la mitad que en mono.

les di,bloque_lle

movzx edx,br_indice




xor eax,eax

buc_canal1: mov al,fs:[ebp]

mov al,[esi+eax]

stosw ; Almacenamos AL (AH no nos importa)

mov al,[ebx+edx]

inc dl

add ebp,eax


ja setloops_c1

loop buc_canal1

jmp fin_canal1




xor eax,eax

loop buc_canal1


;Procesando canal 2




shr ecx,1

les di,bloque_lle

inc di




xor eax,eax


mov al,[esi+eax]

mov es:[di],al

add di,2


inc dl

add ebp,eax


ja setloops_c2

loop buc_canal2

jmp fin_canal2




xor eax,eax

loop buc_canal2


;Procesando canal 3


shr ecx,1

les di,bloque_lle

inc di




xor eax,eax


mov al,[esi+eax]



add al,80h

add es:[di],al

add di,2


inc dl

add ebp,eax


ja setloops_c3

loop buc_canal3

jmp fin_canal3




xor eax,eax

loop buc_canal3


;Procesando canal 4


shr ecx,1

les di,bloque_lle




xor eax,eax


mov al,[esi+eax]

add al,80h

add es:[di],al

add di,2


inc dl

add ebp,eax


ja setloops_c4

loop buc_canal4

jmp fin_canal4






xor eax,eax

loop buc_canal4


mov br_indice,dx

endm

efectos macro canal

local nopitch,noslide,noarpegio,notslide,nofin_u,nofin_d

local final,mayor113,menor856,menor64,mayor0,notslideu

local notslided

cmp tab_muest&canal.flag_pitch,0

jz nopitch


sub ax,tab_muest&canal.valor_pitch

cmp ax,113

jge mayor113


mayor113: cmp ax,856

jle menor856


menor856: mov si,ax

mov tab_muest&canal.pitch,ax

add si,si


mov ax,[bx+si-226]


jmp final

nopitch: cmp tab_muest&canal.flag_slide,0

jz noslide

mov ax,tab_muest&canal.volumen

add ax,tab_muest&canal.valor_slide

cmp ax,64

jle menor64

mov ax,64

menor64: cmp ax,0



jge mayor0

xor ax,ax

mayor0: mov tab_muest&canal.volumen,ax

mul byte ptr volumen&canal

shr ax,6

mov tab_muest&canal.vol_play,ax

shl ax,8


mov tab_muest&canal.vol_tabla,ax

jmp final

noslide: cmp tab_muest&canal.flag_arpegio,0

jz noarpegio


mov si,tab_muest&canal.arpegio1


mov bx,tab_muest&canal.arpegio2

mov tab_muest&canal.arpegio1,bx

mov tab_muest&canal.arpegio2,ax

add si,si


mov ax,[bx+si-226]


jmp final

noarpegio: cmp tab_muest&canal.flag_tslideu,0

jz notslideu


sub si,tab_muest&canal.valtslide


ja nofin_u



nofin_u: mov tab_muest&canal.pitch,si

add si,si


mov ax,[bx+si-226]


jmp final

notslideu: cmp tab_muest&canal.flag_tslided,0

jz notslided




add si,tab_muest&canal.valtslide


jb nofin_d



nofin_d: mov tab_muest&canal.pitch,si

add si,si


mov ax,[bx+si-226]


jmp final

notslided:

final:

endm

init_sb proc near

push ds

espera_esc

mov al,0d1h

out dx,al

espera_esc

mov al,40h

out dx,al

espera_esc

mov al,sb_time

out dx,al

mov ah,35h

mov al,sb_int

int 21h

mov offdsp,bx

mov segdsp,es

mov ah,25h

mov al,sb_int

mov dx,offset int_dma

mov bx,seg int_dma

mov ds,bx

int 21h



pop ds

mov al,sb_int

sub al,8

mov cl,al

mov al,1

sal al,cl

mov bl,al

not bl

in al,21h

and al,bl

out 21h,al

mov dx,sb_puerto

sub dx,8

mov al,0eh

out dx,al

inc dx

in al,dx

and al,0FDh

out dx,al


jne no_act_ste

mov dx,sb_puerto

sub dx,8

mov al,0eh

out dx,al

inc dx

in al,dx

or al,2h

out dx,al

no_act_ste: ret

init_sb endp

deinit_sb proc near

mov dx,sb_puerto

sub dx,0ch

call reset_dsp

push ds



mov ah,25h

mov al,sb_int

lds dx,dword ptr offdsp

int 21h

pop ds


jne no_de_ste

mov dx,sb_puerto

sub dx,8

mov al,0eh

out dx,al

inc dx

in al,dx

and al,0FDh

out dx,al

no_de_ste: ret

deinit_sb endp

init_dac proc near

mov ax,3508h

int 21h

mov word ptr ant08,bx

mov word ptr ant08+2,es

push ds

mov dx,offset int08dac

mov ax,seg int08dac

mov ds,ax

mov ax,2508h

int 21h

pop ds

mov al,periodo

out 40h,al

jmp $+2

mov al,0

out 40h,al

mov ax,lptdata ; Parcheamos la dirección para

mov word ptr cs:[parche+1],ax ; mayor velocidad de ejecución

ret

init_dac endp



deinit_dac proc near

push ds

lds dx,ant08

mov ax,2508h

int 21h

pop ds

xor al,al

out 40h,al

jmp $+2

out 40h,al

ret

deinit_dac endp

init_proy proc near

mov ah,35h

mov al,numintp

int 21h

mov word ptr antproy,bx

mov word ptr antproy+2,es

cli

push ds

mov al,numintp

mov dx,offset intproy

mov bx,seg intproy

mov ds,bx

mov ah,25h

int 21h

pop ds

in al,21h

and al,01011111b

out 21h,al

mov dx,lptctrl

mov al,10h

out dx,al

push 0036h ; Programar timer 0, modo 3

push 0001h ; Los tres argumentos de la llamada a e8253

push 0001h

call e8253

add sp,6

mov al,perproy



xor ah,ah

push ax

push 0000h

push 0000h

call e8253

add sp,6

push 0000h

push 0000h

push 0000h

call e8253

add sp,6

sti

ret

init_proy endp

deinit_proy proc near

mov dx,lptctrl

mov al,03h

out dx,al

mov al,numintp

push ds

lds dx,antproy

mov ah,25h

int 21h

pop ds

ret

deinit_proy endp

init_spk proc near

mov ax,3508h

int 21h

mov word ptr ant08,bx

mov word ptr ant08+2,es

push ds

mov dx,offset int08spk

mov ax,seg int08spk

mov ds,ax

mov ax,2508h

int 21h



pop ds

mov al,periodo

out 40h,al

jmp $+2

mov al,0

out 40h,al

in al,97

or al,3

out 97,al

mov al,10010000b

out 43h,al

ret

init_spk endp

deinit_spk proc near

push ds

lds dx,ant08

mov ax,2508h

int 21h

pop ds

xor al,al

out 40h,al

jmp $+2

out 40h,al

in al,97

and al,0fch

out 97,al

ret

deinit_spk endp

init_sampler proc C

cli

cmp disp_salida,ALTAVOZ

jne no_altavoz

call init_spk

jmp sigue_init

no_altavoz: cmp disp_salida,DAC_LPT

jne no_dac

call init_dac

jmp sigue_init



no_dac: cmp disp_salida,PROY

jne no_proy

call init_proy

jmp sigue_init

no_proy: call init_sb

;INICIALIZAR TABLAS Y VARIABLES

sigue_init: mov terminado,0

mov fin_canc,0

mov hacersalto,0

mov br_indice,0

mov conta_frames,0

mov indice_int,0

mov ax,bytes_trans

mov cont_int,ax

mov ax,periodo_ant08

mov cont_ant08,ax

mov al,velocidad

mov cont_tpd,al


mov si,cont_pat

inc cont_pat



mul bl

mov bx,ax

add bx,offset tab_patt ;bx -> puntero a la direccion del patron a

;tocar


mov al,24 ;longitud en bytes de una linea

mul cont_lin

add dx,ax

mov linea_act,dx


mov patr_act,dx

push es

mov es,dx ;es direcciona el nuevo patron


call actual_canal

mov linea_act,bx



pop es

call ponvolumen

call llenar_dma

call swap_bloque

call llenar_dma

cmp disp_salida,SB20

jb fin_init

call setup_dma

fin_init: sti

ret

init_sampler endp

des_sampler proc C

cli

cmp disp_salida,ALTAVOZ

jne no_dalta

call deinit_spk

jmp sigue_des

no_dalta: cmp disp_salida,DAC_LPT

jne no_ddac

call deinit_dac

jmp sigue_des

no_ddac: cmp disp_salida,PROY

jne no_dproy

call deinit_proy

jmp sigue_des

no_dproy: call deinit_sb

sigue_des: sti

ret

des_sampler endp

int_dma proc far

push eax

push ebx

push ecx

push edx

push esi

push edi



push ebp

push ds

push es

push fs

cld

mov ax,dgroup

mov ds,ax

xor ax,ax

mov fs,ax

mov dx,sb_puerto

add dx,2

in al,dx ;ACK al DSP. Interrupción recibida.

mov al,20h

out 20h,al ;ACK al 8259.

inc conta_frames

cmp terminado,1

je fin_intsb

cmp fin_canc,1

je fin_total

call swap_bloque

call setup_dma

call llenar_dma

call calc_efecto

jmp fin_intsb

fin_total: mov terminado,1

fin_intsb: pop fs

pop es

pop ds

pop ebp

pop edi

pop esi

pop edx

pop ecx

pop ebx

pop eax

iret

int_dma endp



int08dac proc far

push ax

push bx

push dx

push si

push ds

push es

mov al,20h

out 20h,al

mov ax,dgroup

mov ds,ax

cmp terminado,0

jne fin_idac

les si,bloque_dma

parche: mov dx,378h

mov bx,indice_int

mov al,es:[bx+si]

out dx,al

inc indice_int

dec cont_int

jz fin_bl_dac

fin_idac: dec cont_ant08

jz llama_reld

pop es

pop ds

pop si

pop dx

pop bx

pop ax

iret

fin_bl_dac: call prep_datos

dec cont_ant08

jz llama_reld

pop es

pop ds

pop si

pop dx

pop bx



pop ax

iret

llama_reld: pushf

call dword ptr ant08


mov cont_ant08,ax

pop es

pop ds

pop si

pop dx

pop bx

pop ax

iret

int08dac endp

int08spk proc far

push ax

push bx

push dx

push si

push ds

push es

mov al,20h

out 20h,al

mov ax,dgroup

mov ds,ax

cmp terminado,0

jne fin_ispk

les si,bloque_dma

mov bx,indice_int

mov al,es:[bx+si]

mov bx,offset compresion

xlat

mul periodo

mov al,ah

out 42h,al

inc indice_int

dec cont_int



jz fin_bl_spk

fin_ispk: dec cont_ant08

jz llama_rels

pop es

pop ds

pop si

pop dx

pop bx

pop ax

iret

fin_bl_spk: call prep_datos

dec cont_ant08

jz llama_rels

pop es

pop ds

pop si

pop dx

pop bx

pop ax

iret

llama_rels: pushf

call dword ptr ant08


mov cont_ant08,ax

pop es

pop ds

pop si

pop dx

pop bx

pop ax

iret

int08spk endp

intproy proc far

push ax

push bx

push dx

push si



push ds

push es

mov al,20h

out 20h,al

mov ax,dgroup

mov ds,ax

cmp terminado,0

jne fin_iproy

les si,bloque_dma

mov bx,indice_int

mov al,es:[bx+si]

mov dx,lptdata

out dx,al

mov al,00010010b

mov dx,lptctrl

out dx,al

jmp $+2

mov al,00010011b

out dx,al

jmp $+2

mov al,es:[bx+si+1]

mov dx,lptdata

out dx,al

jmp $+2

mov al,00010001b

mov dx,lptctrl

out dx,al

jmp $+2

mov al,00010011b

out dx,al

add indice_int,2

sub cont_int,2

jz fin_bl_pry

fin_iproy: pop es

pop ds

pop si

pop dx



pop bx

pop ax

iret

fin_bl_pry: call prep_datos

pop es

pop ds

pop si

pop dx

pop bx

pop ax

iret

intproy endp

prep_datos proc near

push eax

push ebx

push ecx

push edx

push esi

push edi

push ebp

push fs

cld

inc conta_frames

cmp terminado,0

jne fin_prep

cmp fin_canc,0

jne fin_tprep

mov ax,bytes_trans

mov cont_int,ax

mov indice_int,0

call swap_bloque

xor ax,ax

mov fs,ax

sti

call llenar_dma

call calc_efecto

cli

jmp fin_prep



fin_tprep: mov terminado,1

fin_prep: pop fs

pop ebp

pop edi

pop esi

pop edx

pop ecx

pop ebx

pop eax

ret

prep_datos endp

actualiza proc near

actualiz: mov chivato,1

cmp hazpausa,1

jne nopausa

ret

nopausa: cmp hacersalto,1

jne nohazsalto

mov hacersalto,0

jmp cambpat

nohazsalto: inc cont_lin

cmp cont_lin,64

jne nocambpat

jmp cambpat

nocambpat: mov ax,patr_act

mov es,ax ;es direcciona el nuevo patron


call actual_canal

mov linea_act,bx

call ponvolumen

ret

cambpat: mov cont_lin,255


mov si,cont_pat



inc cont_pat


cmp al,128

je fintocar


mul bl

mov bx,ax

add bx,offset tab_patt ;bx -> puntero al patron a tocar


mov linea_act,dx


mov patr_act,dx

jmp actualiz

fintocar: mov fin_canc,1

ret

actualiza endp

actual_canal proc near

act_canal 1

act_canal 2

act_canal 3

act_canal 4

ret

actual_canal endp

calc_efecto proc near

efectos 1

efectos 2

efectos 3

efectos 4

dec cont_tpd

jnz no_llam_act

mov al,velocidad

mov cont_tpd,al

jmp actualiza

no_llam_act: ret

calc_efecto endp



ponvolumen proc C


mul volumen1

shr ax,6


shl ax,8




mul volumen2

shr ax,6


shl ax,8




mul volumen3

shr ax,6


shl ax,8




mul volumen4

shr ax,6


shl ax,8



ret

ponvolumen endp

reset_dsp proc far

push dx

add dx,6

mov al,1

out dx,al



mov cx,1000

simul_hlt: nop

loop simul_hlt

xor al,al

out dx,al

add dx,4

mov cx,800

buc_pool: in al,dx

cmp al,0aah

je hay_dsp

loop buc_pool

pop dx

mov ax,1

ret

hay_dsp: pop dx

add dx,0ch

mov sb_puerto,dx

mov al,0d1h

out dx,al

; sub dx,8

; mov al,4

; out dx,al

; inc dx

; mov al,0ffh

; out dx,al

; dec dx

; mov al,22h

; out dx,al

; inc dx

; mov al,0ffh

; out dx,al

mov ax,0

ret

reset_dsp endp

detecta_SB proc C

mov dx,210h

call reset_dsp



jne sigue_1

mov al,'3'

jmp fin_sb

sigue_1: mov dx,220h

call reset_dsp

jne sigue_2

mov al,'5'

jmp fin_sb


call reset_dsp

jne sigue_3

mov al,'3'

jmp fin_sb


call reset_dsp

jne sigue_4

mov al,'5'

jmp fin_sb


call reset_dsp

jne sigue_5

mov al,'3'

jmp fin_sb


call reset_dsp

jne sigue_6

mov al,'3'

jmp fin_sb

sigue_6: mov al,'2'

fin_sb: mov ah,0

ret

detecta_SB endp

detecta_LPT proc C num_lpt:word



push es

push si

mov ax,40h

mov es,ax

mov si,num_lpt

add si,si

add si,8

mov ax,es:[si]

mov lptdata,ax

inc ax

mov lptstd,ax

inc ax

mov lptctrl,ax

pop si

pop es

dec ax

dec ax

ret

detecta_LPT endp

e8253 proc C a1:byte, a0:byte, valor:byte

mov dx,lptdata

mov al,valor

out dx,al

mov dx,lptctrl

in al,dx

mov cl,al

mov al,a0

sal al,2

mov bl,a1

xor bl,1

sal bl,1

or al,bl

or al,19h

out dx,al

jmp $+2

and al,0feh

out dx,al

jmp $+2

mov al,cl



out dx,al

ret

e8253 endp

swap_bloque proc near

mov eax,bloque_dma

xchg eax,bloque_lle

mov bloque_dma,eax

ret

swap_bloque endp

setup_dma proc near

;SETUP del DMA

mov al,sb_dma

or al,100b

out 0ah,al ; Poner máscara a DMA

out 0ch,al ; borrar flip-flop con cualquier dato

mov al,48h

or al,sb_dma

out 0bh,al ; Hacer DMA -> DAC

mov ax,word ptr bloque_dma+2

mov bx,16

mul bx ; DX:AX=SEG(bloque_dma)<<4

add ax,word ptr bloque_dma

adc dx,0 ; DX:AX=dirección lineal del buffer

DMA

mov bl,dl ; BL=página del bloque DMA

xor dh,dh

mov dl,sb_dma

inc dx

out dx,al ; Almacenamos la dirección

mov al,ah ; base (16 bits bajos) del

out dx,al ; bloque DMA

inc dx

mov ax,bytes_trans

dec ax

out dx,al ; Y ahora almacenamos la

mov al,ah ; longitud del bloque DMA



out dx,al ; (hasta 64K)

mov al,bl

cmp sb_dma,0 ; Miramos en qué canal está la SB

jne canal_1 ; para almacenar el valor de la

página

out 87h,al ; en el registro adecuado

jmp f_setup_dma

canal_1: cmp sb_dma,1

jne canal_3

out 83h,al

jmp f_setup_dma

canal_3: out 82h,al

f_setup_dma: mov al,sb_dma

out 0ah,al ; Comando: transferencia memoria->E/S

bajo demanda

;SETUP del DSP

espera_esc

mov al,48h

out dx,al

mov cx,bytes_trans

dec cx

espera_esc

mov al,cl

out dx,al

espera_esc

mov al,ch

out dx,al

espera_esc

mov al,91h ;Comando: DAC por DMA, high-speed

out dx,al

ret

setup_dma endp

llenar_mono proc near

push ebp

canal4_mono



pop ebp

ret

llenar_mono endp

llenar_ste proc near

push ebp

canal4_st

pop ebp

ret

llenar_ste endp

llenar_dma proc near


je es_ste

cmp disp_salida,PROY

je es_ste

jmp llenar_mono

es_ste: jmp llenar_ste

llenar_dma endp

end



SECUENC.INC

comment %

-----------------------------------------------------------------------------

LISTAS GENERADAS POR EL ALGORITMO DE BRESENHAM PARA CAMBIAR EL PITCH DE CADA

MUESTRA DE ACUERDO CON LA NOTA Y LA OCTAVA QUE SE QUIERE TOCAR.

-----------------------------------------------------------------------------

%

sec_do0 db 1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0

db 0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0

db 0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0

db 0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0

db 1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0

db 0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0

db 1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0

db 0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0

db 1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0

sec_dos0 db 1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0

db 1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0

db 1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0

db 1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1

db 0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1

db 0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1

db 0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1

db 0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1

db 0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0

sec_re0 db 1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0

db 0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0

db 0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0

db 0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0

db 1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0

db 0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0

db 0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0

db 0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1

db 0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0

sec_res0 db 1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0

db 0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0

db 1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0

db 0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0

db 1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0

db 0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0

db 1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0



db 0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0

db 1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0

sec_mi0 db 1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0

db 0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0

db 0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0

db 0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0

db 1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0

db 0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0

db 0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0

db 0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1

db 0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0

sec_fa0 db 1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0

db 1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1

db 0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1

db 0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0

db 0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0

db 0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0

db 0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0

db 0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0

db 0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0

sec_fas0 db 1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0

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db 0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0

db 0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0

sec_sol0 db 1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0

db 0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1

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db 1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0

sec_sols0 db 1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0

db 1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0

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sec_si4 db 4,4,4,4,2,4,4,4,4,4,4,4,4,2,4,4,4,4,4,4,4,4,2,4,4,4,4,4,4,4

db 4,2,4,4,4,4,4,4,4,4,2,4,4,4,4,4,4,4,4,2,4,4,4,4,4,4,4,4,2,4

db 4,4,4,4,4,4,4,2,4,4,4,4,4,4,4,4,2,4,4,4,4,4,4,4,4,2,4,4,4,4

db 4,4,4,4,2,4,4,4,4,4,4,4,2,4,4,4,4,4,4,4,4,2,4,4,4,4,4,4,4,4

db 2,4,4,4,4,4,4,4,4,2,4,4,4,4,4,4,4,4,2,4,4,4,4,4,4,4,4,2,4,4

db 4,4,4,4,4,4,2,4,4,4,4,4,4,4,4,2,4,4,4,4,4,4,4,4,2,4,4,4,4,4

db 4,4,4,2,4,4,4,4,4,4,4,4,2,4,4,4,4,4,4,4,2,4,4,4,4,4,4,4,4,2

db 4,4,4,4,4,4,4,4,2,4,4,4,4,4,4,4,4,2,4,4,4,4,4,4,4,4,2,4,4,4

db 4,4,4,4,4,2,4,4,4,4,4,4,4,4,2,4

tabla_bres dw offset sec_dos0

public C tabla_bres



COMPRES.INC

compresion db 1,1,1,1,1,2,2,3,3,3,4,4,4,5,5,5

db 6,6,7,7,7,8,8,8,9,9,9,10,10,11,11,11

db 12,12,12,13,13,13,14,14,15,15,15,16,16,16,17,17

db 18,18,18,19,19,19,20,20,20,21,21,22,22,22,23,23

db 23,24,24,24,25,25,26,26,26,27,27,27,28,28,28,29

db 29,30,30,30,31,31,33,36,38,40,42,45,47,49,51,54

db 56,58,60,63,65,67,69,72,74,76,78,81,83,85,87,90

db 92,94,97,99,101,103,106,108,110,112,115,117,119,121,124,126

db 128,130,133,135,137,139,142,144,146,148,151,153,155,157,160,162

db 164,167,169,171,173,176,178,180,182,185,187,189,191,194,196,198

db 200,203,205,207,209,212,214,216,218,221,223,223,224,224,225,225

db 225,226,226,226,227,227,228,228,228,229,229,229,230,230,231,231

db 231,232,232,232,233,233,234,234,234,235,235,235,236,236,237,237

db 237,238,238,238,239,239,240,240,240,241,241,241,242,242,243,243

db 243,244,244,244,245,245,246,246,246,247,247,247,248,248,249,249

db 249,250,250,250,251,251,252,252,252,253,253,253,254,254,255,255



TRPLAY.C

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <process.h>

#include <stdlib.h>

#include "tracklib.h"

#include "xmem.h"

// Modelo large

#define QUIET(p) if (!silenc) p;

#define PRDISP QUIET (printf ("Reproduciendo %s %s\nFrecuencia de muestreo: %u

Hz\n",fmodulo,nombremod,frecuencia)) \

QUIET (printf ("ESC:salir Espacio:pausa/sigue ejecución

S:shell al DOS\n")) \

QUIET (printf ("Dispositivo de reproducción: ")) \

switch (disp_salida) \

{ \

case ALTAVOZ: QUIET (printf ("Altavoz interno.\n\n"))

break; \

case DAC_LPT: QUIET (printf ("DAC en puerto LPT:

%04.4X\n\n",lptdata)) break; \

case PROY: QUIET (printf ("Tarjeta de sonido de

proyecto en puerto LPT: %04.4X\n\n",lptdata)) break; \

default: QUIET (printf ("Sound Blaster %s en puerto:

%04.4X, IRQ:%d, DMA:%d\n\n",(disp_salida==SBP_MONO)? "mono":"Pro",

sb_puerto-12,sb_int-8,sb_dma)) \

}

void main(int argc,char *argv[])

{

int estado; // Resultado de la carga del módulo

FILE *modulo; // Fichero .MOD

char tecla,letra,i;

char opcion[80],fmodulo[80];

char silenc=0;

char exe=0;

char num_lpt;

char ejecut[80];

unsigned memoria_total;



char modo;

if (argc==1)

{

printf ("TRPLAY 2.1 Reproductor de módulos de Amiga para PC\n");

printf ("Sintaxis:\n");

printf ("TRPLAY modulo[.MOD] [-{SPK | DACx | SBP_MONO | SBP_ST | PROY}]

[-QUIET]\n");

printf ("[-EXEprograma] [-MEMtamaño] [-{NTSC | PAL}] [-{A|B|C...|X}]\n\n");

printf (" SPK : Reproduce a través del altavoz interno.\n");

printf (" DACx : Usa un DAC en el puerto LPTx.\n");

printf (" SBP_MONO : Usa una Sound Blaster 2.0 o SB Pro monoaural.\n");

printf (" SBP_ST : Usa una Sound Blaster Pro en estéreo.\n");

printf (" PROY : Usa la tarjeta de sonido del proyecto.\n");

printf (" QUIET : Modo silencioso. No se escribe nada en

pantalla.\n");

printf (" EXE : Ejecuta el programa especificado sin interrumpir la

música.\n");

printf (" MEM : Reserva 'tamaño' Kbytes de XMS para

instrumentos.\n");

printf (" NTSC/PAL : Selecciona temporización. Necesario para algunos

MOD's.\n");

printf (" A - X : Frec. de muestreo. A = 31388 Hz X = 8313

Hz\n\n");

printf ("Por defecto se asume 1Mb XMS, SOund Blaster Pro y 22195 Hz (G)\n");

printf ("o el altavoz interno si no hay tarjeta Sound Blaster.\n\n");

printf ("(c) 1992-1995 Miguel Angel Rodriguez Jodar.\n");

printf ("Este programa es freeware.\n");

printf ("Para cualquier duda o comentario e-mail a:\n");

printf (" [email protected] or [email protected]\n");

exit(0);

}

letra='G';

disp_salida=NULO;

num_lpt=1;

memoria_total=1024;

modo=PAL;

strcpy(fmodulo,argv[1]);

strupr(fmodulo);

if (!strstr(fmodulo,".MOD"))



strcat(fmodulo,".MOD");

for (i=2;i<argc;i++)

{

strcpy (opcion,argv[i]);

strupr (opcion);

if (strlen(opcion)==2 && opcion[0]=='-' && opcion[1]>='A' &&

opcion[1]<='X')

letra=opcion[1];

else if (opcion[0]=='-' && !strcmp(opcion+1,"SPK"))

disp_salida=ALTAVOZ;

else if (opcion[0]=='-' && !strncmp(opcion+1,"DAC",3))

{

disp_salida=DAC_LPT;

num_lpt=opcion[4];

}

else if (opcion[0]=='-' && !strcmp(opcion+1,"SBP_MONO"))

disp_salida=SBP_MONO;

else if (opcion[0]=='-' && !strcmp(opcion+1,"SBP_ST"))

disp_salida=SBP_ST;

else if (opcion[0]=='-' && !strcmp(opcion+1,"PROY"))

disp_salida=PROY;

else if (opcion[0]=='-' && !strcmp(opcion+1,"QUIET"))

silenc=1;

else if (opcion[0]=='-' && !strncmp(opcion+1,"EXE",3))

{

strcpy(ejecut,opcion+4);

exe=1;

}

else if (opcion[0]=='-' && !strncmp(opcion+1,"MEM",3))

memoria_total=atol(opcion+4);

else if (opcion[0]=='-' && !strncmp(opcion+1,"NTSC",4))

modo=NTSC;

else

{

printf ("La opción %s es errónea.\n",argv[i]);

exit(1);

}

}

switch (num_lpt)

{



case '3': num_lpt=LPT3; break;

case '2': num_lpt=LPT2; break;

case '1':

default : num_lpt=LPT1; break;

}

if (disp_salida==NULO || disp_salida==SBP_MONO || disp_salida==SBP_ST)

{

detecta_SB();

if ((sb_puerto==0x22c || sb_puerto==0x24c) && disp_salida!=SBP_MONO)

disp_salida=SBP_ST;

else if (sb_puerto!=0)

disp_salida=SBP_MONO;

else


}

if (disp_salida==NULO || disp_salida==PROY)

{

detecta_proy();

if (lptdata==0)


}

prepara_doble_buffer();

prepara_tabla_vol ((disp_salida==SBP_ST || disp_salida==PROY)? 2 : 4);

switch (disp_salida)

{

case DAC_LPT: detecta_LPT (num_lpt);

break;

case SBP_MONO:

case SBP_ST: if (!parametros_SB()) // Carga parámetros de la SB desde

la variable BLASTER

QUIET (printf ("Variable BLASTER no encontrada.\n"))

break;

}

if (memoria_total<64)

{

QUIET (printf ("Error: opción MEM tiene un valor demasiado bajo.\nLa

cantidad de memoria XMS reservada debe ser mayor de 64K\n"));



exit (1);

}

if (!X_inicia_gestor(memoria_total))

{

QUIET (printf ("Error en la inicialización del gestor de memoria

REALMEM.\n"))

QUIET (printf ("Compruebe que dispone de %uK de XMS y que la CPU no esté en

modo virtual-8086.\n",memoria_total))

exit (1);

}

cambia_frecuencia(letra,modo); // Asignamos la frecuencia

// Carga el módulo en memoria

modulo=fopen(fmodulo,"rb");

estado=cargar_modulo(modulo);

fclose(modulo);

if (estado)

{

QUIET (printf ("Error durante la carga del módulo.\n"))

QUIET (printf ("El fichero no se encontró o es demasiado grande para caber en

memoria.\n"))

X_fin_gestor();

exit (1);

}

/* le decimos desde donde hay que tocar el modulo */

cont_lin=cont_pat=0;

/* volumenes de cada canal (de 0 a 64) */

volumen1=64;

volumen2=64;

volumen3=64;

volumen4=64;

chivato=1;

// Empieza a sonar la música

PRDISP

init_sampler();

// A partir de ahora, todo lo que se ejecuta se hace con la música en



background

if (exe)

{

spawnlp(P_WAIT,ejecut,NULL);

terminado=1;

}

while (!terminado)

{

QUIET (printf("Patrón: %02.2d División: %02.2d Velocidad: %02.2d

\r",cont_pat,cont_lin,velocidad))

if (kbhit())

{

tecla=getch();

if (tecla==27)

terminado=1;

if (tecla==' ')

hazpausa=!hazpausa;

if (tecla=='s')

{

puts("\n");

QUIET (printf ("Teclea EXIT para volver a TRPLAY\n"))

spawnlp(P_WAIT,getenv("COMSPEC"),NULL);

QUIET (puts("\n"))

PRDISP

}

}

}

putchar('\n');

des_sampler(); // desconectar dispositivo de salida

borrar_modulo(); // borrar módulo de la memoria

X_fin_gestor();

}

MULTIMEDIA en PC. Emulación del hardware de audio del Commodore Amiga. Digitalizador y reproductor estéreo de sonido digitalizado. Pag. A.1


ANEXOS

1.- Bibliografía

La mayoría de la información presentada original del autor. Sin embargo, los siguientes textos se

han utilizado para clarificar, completar o documentar mejor algunos aspectos:

[BIN88] Bingham, E. O. The fast Fourier transform and its aplications. Ed. Prentice-Hall, 1988

[GRE89] Gregg, W. D. Analog and digital comunications. Ed. John Wiley, 1989

[RIF91] J. Rifá-Ll. Hughet. Comunicación digital. Ed. Masson, 1991

[TRA87] Tran Tien Lang. Electronics of Measuring Systems. Ed. John Wiley, 1987

[RAY88] Ray Duncan. MS DOS Avanzado. Ed. Anaya Multimedia, 1988

[ROS90] Miguel Angel Rodríguez-Roselló. 8088/8086-8087 Programación ensamblador en

entorno MS DOS. Ed. Anaya Multimedia, 1988

[ANG90] J. M. Angulo. Electrónica digital moderna. Teoría y práctica. Ed. Paraninfo, 1990

[INTEL] Intel Corporation. Datasheets de los circuitos 8253, 8254, 8259A y 8255

[CHR93] Christian Kuhnert, Stefan Maelger y Johannes Schemmel. Amiga Intern.Ed: Abacus,

1993

El texto del capítulo 3 sobre secuenciamiento musical es original del autor. La información sobre

el estándar MIDI ha sido cedida por [email protected].

La especificación de los archivos MOD se puede encontrar en varios FTP-sites. Uno de los más

idóneos para buscar información sobre estos y otros aspectos del sonido digital es x2ftp.oulu.fi

En concreto, la documentación fue aportada por Andrew Scott (Adrenalin Software). Se puede encontrar

en Internet por [email protected]



Las descripciones del capítulo 4 son un extracto de los correspondientes data-sheets publicados

por Intel. También se pueden encontrar referencias mediante el programa HelpPC 2.1 que ofrece

documentación en linea de numerosos aspectos de programación y hardware, y que se convirtió en una

valiosa ayuda en la codificación de las rutinas. Este programa se puede encontrar en la ya mencionada

x2ftp.oulu.fi bajo el nombre HELPPC21.ZIP

La discursión sobre el modo real, el protegido y REALMEM proviene de una conferencia en

USENET en el grupo comp.os.msdos.programmers sobre acceder a más de 64K en un segmento. La

documentación aportada incluye la descripción del funcionamiento de la instrucción LOADALL. El texto

entero se puede encontrar en The hyper-space navigator’s guide, de Terrance E. Hodgins. Semi-

Intelligent Systems PO BOX 4492. ALBURQUERQUE, NM 87196. Al autor se puede acceder vía e-mail

por Internet a terry%[email protected] o por Compuserve en 76416,553

Un extracto del mismo se puede encontrar bajo el nombre REALMEM.ZIP o VIEW-XM.ZIP en

x2ftp.

La información del ADC0820 se tomó de los data-sheets publicados por National Semiconductor.

Además, en x2ftp se pueden encontrar numerosas referencias a los archivos MOD, así como

rutinas con otras características para ejecutar no sólo MOD’s sino también archivos S3M. Para más

información: ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming.



2.- Agradecimientos.

El autor desea expresar su agradecimiento a las siguientes personas y asociaciones:

En primer lugar, a mis compañeros Luis Santiago Sánchez Fernández, autor de la presentación

gráfica en el Sampler, Miguel Angel Hinojosa Romero, que cedió el “laboratorio” dónde se hicieron las

primeras pruebas, y que arriesgó valientemente la integridad física de uno de sus dedos mientras soldaba

el segundo prototipo; y a Carmen y Sonia por ayudarles en la ardua tarea.

Al departamento de Arquitectura, especialmente a mi tutor, D. Gabriel Jiménez Moreno, y D.

Antón Civit Balcells, por el apoyo y facilidades prestadas durante el desarrollo de este trabajo.

A la pandilla (nombrarlos a todos sería muy largo), por soportar de ven en cuando mis peroratas

sobre las excelencias del ensamblador y el modo protegido del 386.

A todos los usuarios de galileo.fie.us.es por la ayuda prestada en el testeo del programa y de las

librerías.

A Julio, de R.C.O. por ponerme precios baratitos en los componentes.

A todos los usuarios del grupo comp.os.msdos.programmers de UsNet, y por extensión a todos

los habitantes de Internet que han aportado su colaboración respondiendo a mis cuestiones y aportando

documentación.

A José Angel y Sergio, por colaborar en uno de los prototipos del DAC, y por picarme con el

tema.

A Diego Galán Fernández, cofundador del MMDL allá por el año 1991.

A Rosa Hinojosa por alimentarnos y mantenernos mientras adecentábamos el local.

A Fede ([email protected]) por enseñarnos los secretos de la fabricación de circuitos impresos

por fotografía y por aguantar nuestras idas y venidas del laboratorio.

Y a mi familia, por soportar estoicamente los ruidos que producía el equipo de música mientras

se probaban los prototipos a altas horas de la madrugada.

Y a todos los demás que saben que deberían estar nombrados en esta página (lo siento, creo que

no me he acordado de todos...).



3.- El altavoz interno. Reproducción de música digital usando la

modulación PWM.

Lo siguiente es un extracto de un artículo que escribió el autor durante la investigación sobre la

posibilidad de usar el altavoz interno del PC para reproducir señales analógicas. Los métodos descritos

en este artículo se han usado en las librerías del reproductor MOD para implementar la reproducción de

4 canales usando también este dispositivo.

Un conversor D/A consta esencialmente de tres bloques funcionales: el primero recoge los datos

digitales que vienen del bus de datos del ordenador desde la memoria y los almacena. El segundo bloque

consta de una serie de interruptores digitales y resistencias conectadas según un determinado tipo de red

en la cual, cuando el bit correspondiente está a 1 se conecta una determinada resistencia al circuito y

cuando está a 0 se conecta otra distinta. Esto provoca que circule por la red una intensidad de valor:

refDonde I es un valor de intensidad fijado por el hardware y n es el número de bits que se utiliza

en la conversión.

El tercer bloque convierte esta corriente en un valor de tensión proporcional a la intensidad

obtenida y que es la salida final del conversor. Esta tensión puede posteriormente ser amplificada en un

equipo convencional de audio.

Cada dato digital pasa por estos tres bloques para finalmente convertirse en un nivel de tensión

que se mantendrá mientras dure el dato en la memoria del conversor.

Por tanto, la simulación de este proceso implica necesariamente encontrar algún método para que

el altavoz interno del PC sea capaz de darnos cualquier tensión de salida comprendida entre 0 y 5 voltios

y no simplemente estos dos valores extremos.

Para empezar, consideremos qué factores son realmente los que determinan el volumen de sonido

que se escucha en cada momento proveniente de un altavoz. Este es excitado por una tensión V que hace



que por su bobina circule una intensidad I. Estos dos valores los suministra el amplificador de potencia

y son directamente proporcionales uno respecto del otro. Para trabajar con un único valor, y dado que son

estos dos anteriores los que determinan el volumen de sonido, consideraremos la potencia P=V*I como

factor determinante del volumen de sonido.

Una vez determinado el factor que provoca el que el altavoz dé un determinado volumen se

plantea el problema de como simular este factor. Para ello veamos antes qué podemos hacer con el

altavoz interno del PC.

El altavoz interno del PC sólo puede responder a dos niveles de tensión: una tensión mínima que

corresponde a una nivel lógico 0 y una tensión máxima correspondiente a un nivel lógico 1.

Estos niveles lógicos son entregados a la circuitería del altavoz por dos fuentes digitales distintas:

una de ellas es el timer del PC. Este timer tiene tres contadores, reservándose el tercero de ellos para

provocar impulsos digitales al altavoz.

La segunda fuente es un integrado que realiza varias funciones en el PC: el PPI (un 8042 en el PC AT)

que actúa como interfaz programable para varios periféricos. Controla varias líneas tanto de entrada como

de salida y una de esas líneas va directamente al altavoz [ROS90].

El PPI también se puede programar para elegir la fuente digital que va a actuar sobre el altavoz, utilizando

otra de sus líneas.

Estas dos fuentes nos van a dar distintos resultados según qué tipo de actuación queramos sobre

el altavoz. Utilizando el timer, sólo debemos de preocuparnos por suministrar a éste la frecuencia que

queremos oír. Una vez hecho esto, el timer se encarga de hacer sonar al altavoz con un sonido de esa

frecuencia, mientras que la CPU puede dedicarse a otras tareas. Este método tiene la ventaja de ser

insensible a las variaciones de velocidad de CPU que existe en cada modelo de PC. Por otra parte

utilizando el PPI tenemos completo control sobre que tipo de nivel lógico se entrega al altavoz y por

cuanto tiempo, por lo que puede servirnos para generar señales asimétricas, pero con el inconveniente de

que la CPU debe dedicarse por completo a esta tarea, incluso desactivando las interrupciones para que

el sonido sea limpio.

Independientemente de la fuente que empleemos, lo que está claro es que sólo tendremos dos

tensiones disponibles en el altavoz: la correspondiente al nivel lógico 1, que son 5 voltios, y la

correspondiente al nivel lógico 0, que son 0 voltios.

La cuestión entonces es cómo generar tensiones comprendidas entre 0 y 5 V durante un cierto



Figura A.3.1. Simulación de diversos valores de volumen a través del altavoz

interno del PC

período de tiempo. Para conseguirlo vamos a emplear un método muy parecido al que se emplea en las

fuentes conmutadas de tensión para reducir el valor de la tensión de salida.

En todo lo que sigue, los conceptos de potencia y tensión se tratarán como si fueran equivalentes

(no lo son en realidad, sino que son proporcionales).

En la mitad superior de la figura 4 podemos ver una serie de valores de tensión muestreados

muestreodurante un tiempo T . Cada muestra mantiene estable su nivel de tensión durante todo el tiempo de

muestreo, por lo que la potencia (y por tanto el volumen escuchado) será:

efectiva efectiva P =V *I

efectiva(donde V es un valor entre 0 y 5V en nuestro ejemplo)

Para conseguir esta misma cantidad de potencia en el mismo tiempo, pero con una tensión

altoexclusivamente de 0 ó 5V, debemos mantener 5V durante un tiempo determinado que llamaremos T ,

menor que el tiempo de muestreo, para luego conmutar bruscamente a 0V y mantener esta tensión durante

bajoel resto del tiempo que dura la muestra (T ). Así, la potencia entregada al altavoz será:



efectiva alto bajoP = 5V * T + 0V * T

alto bajoDonde T y T no se dan como tiempos en sí, sino como fracciones del tiempo de muestreo

total. De esta manera, para conseguir una tensión de 2,5V (o su nivel de potencia correspondiente) habrá

que mantener 5V durante la primera mitad del tiempo de muestreo, y 0V durante la segunda mitad. En

min maxgeneral, para mantener una tensión V cuyo valor está comprendido entre V y V durante un tiempo

muestreo alto bajoT , los valores de T y T serán:

Para conseguir estos tiempos es recomendable utilizar el timer del PC, con el que conseguimos

que la CPU esté ocupada el menor tiempo posible en la generación del sonido. La señal resultante se

denomina señal PWM (Modulación por Anchura de Pulso).

Como ejemplo de todo lo expuesto vamos a utilizar la versión 2.0 del Turbo Assembler de

Borland para desarrollar un programa que lea ficheros de muestras (por ejemplo, los .VOC de la Sound

Blaster) y los reproduzca por el altavoz. No hay limitación en la longitud de los mismos.

El ejemplo asume que se está trabajando sobre un AT 286 a 16 MHz como mínimo, pero es

posible que funcione bien en máquinas más lentas. Concretamente, se puede modificar el código para que

corra en un XT (esto afectaría a las órdenes SAR, SAL, PUSHA y POPA).

Para utilizarlo, teclear VOC nombre_de_fichero



;Fichero VOC.ASM

;Programa para leer muestras del tipo VOXKIT de tamaño ilimitado

;(c) 1992 Miguel Angel Rodríguez Jódar

.286 ;usamos el juego de instrucciones del 80286

lonbloque equ 65500 ;longitud de los dos buffers

puntero struc ;Estructura para almacenar un puntero largo

offs dw ?

segm dw ?

puntero ends

;Macro para inicializar el contador 2 que maneja el altavoz. Se programa en

;modo 0 (port 43h) y se da la orden al PPI para que conmute al modo de altavoz

;controlado por timer (port 97h)

init_timer macro

mov al,10110000b

out 43h,al

in al,97

or al,3

out 97,al

endm

;Esta macro desconecta el altavoz del timer para que no suene más.

quit_timer macro

in al,97

and al,0fch

out 97,al

endm

;Pila del programa.

pila segment stack

db 20 dup ('PILA')

pila ends

;*****************************************************************************

;* *

;* S E G M E N T O D E D A T O S *

;* *

;*****************************************************************************

datos segment

nombre db 100 dup(0)

men1 db 'ERROR!!. Necesito 130000 bytes libres de RAM para funcionar.'

db 13,10,'$'

men2 db 'Fichero no encontrado.',13,10,'$'

men3 db 'Ejecutor de módulos VOXKIT por el altavoz interno v1.0',13,10

db '(c) 1992 Miguel Angel Rodríguez Jódar. Sevilla, 22 de Agosto de'

db '1992',13,10

db 'Teclas:1 y 2: sube/baja la frecuencia de muestreo',13,10

db 'Teclas 3 y 4: sube/baja el volumen',13,10

db 'ESC: volver al DOS',13,10,13,10,'$'

finfich db 0 ;vale 1 si se ha llegado al fin de fichero.

hayescape db 0 ;vale distinto de 0 si se pulsó la tecla ESC

handle dw 0 ;mantiene el valor del handle suministrado por MS-DOS.

empezado db 0 ;vale 1 si se ha empezado a reproducir sonido desde uno

;de los bufferes.

terminado db 0 ;vale 1 si se ha terminado de reproducir sonido desde uno

;de los bufferes.



periodo db 100 ;tiempo de muestreo. La frecuencia de muestreo es

; 1193180/periodo (Hz)

volumen db 255 ;Volumen del sonido (0-255)

muestra1 puntero <0,0> ;puntero al primer buffer

muestra2 puntero <0,0> ;puntero al segundo buffer

ant08 puntero <?,?> ;almacen temporal de la antigua int 8

ant09 puntero <?,?> ; " " " " " " 9

mact puntero <?,?> ;puntero al buffer actual

datos ends

;*****************************************************************************

;* *

;* S E G M E N T O D E C O D I G O *

;* *

;*****************************************************************************

codigo segment

assume cs:codigo,ss:pila,ds:datos,es:datos

tocavoc proc far

call pon_nombre ;obtener nombre del fichero

mov bx,300

mov ah,4ah

int 21h ;limitar la memoria asignada al programa

mov ax,datos

mov ds,ax ;direccionar el segmento de datos

mov bx,4096 ;

mov ah,48h ;

int 21h ;

jnc bien1 ;

jmp nomemo ;

bien1: mov muestra1.segm,ax ;Reservar memoria para los dos

mov muestra1.offs,0 ;buffers. Si no hay suficiente, salir

mov bx,4096 ;del programa por la etiqueta nomemo

mov ah,48h ;

int 21h ;

jnc bien2 ;

jmp nomemo ;

bien2: mov muestra2.segm,ax ;

mov muestra2.offs,0 ;

mov ax,3d00h

mov dx,offset nombre

int 21h ;abrir fichero para lectura

jnc bien3

jmp errorfich ;si no se pudo, error

bien3: mov handle,ax

mov ah,9

mov dx,offset men3

int 21h

mov ax,muestra1.segm

call carga ;cargar el primer buffer con los primeros

;64K de muestras.

mov ax,3508h ;



int 21h ;

mov ant08.offs,bx ;

mov ant08.segm,es ;

mov ax,3509h ;

int 21h ;

mov ant09.offs,bx ; Asignar a los vectores 8 y 9 las

mov ant09.segm,es ; nuevas rutinas de tratamiento

push ds ; almacenando antes la dirección de

mov dx,offset int08 ; las anteriores.

mov ax,seg int08 ;

mov ds,ax ;

mov ax,2508h ;

int 21h ;

mov dx,offset int09 ;

mov ax,seg int09 ;

mov ds,ax ;

mov ax,2509h ;

int 21h ;

pop ds ;

init_timer ;inicializar timer

mov al,periodo ;cargar periodo en el contador de la int 8

out 40h,al

xor al,al

out 40h,al


mov mact.segm,ax ;hacer buffer actual = buffer_1

sti ;permitir interrupciones

bucprin: mov terminado,0 ;inicializa terminado para este buffer

noempez: cmp hayescape,0 ;Si se pulsó ESC...

jne cortavoc ;sal inmediatamente del bucle de ejecución

cmp empezado,0 ;mientras no empieze a leer muestras

je noempez ;sigue esperando

mov al,finfich

inc finfich

or al,al ;si se alcanzo fin de fichero

jnz sigue ;no cargues más de disco

mov ax,mact.segm ;

cmp ax,muestra1.segm ;

je carga_2 ;Carga el siguiente bloque en el buffer

push ax ;que NO se está utilizando ahora

call carga ;

pop ax ;

jmp sigue ;

carga_2: mov ax,muestra2.segm ;

push ax ;

call carga ;

pop ax ;

sigue: mov empezado,0 ;inicializa empezado para el próximo buffer

termino: cmp hayescape,0

jne cortavoc

cmp terminado,0 ;si no se ha terminado de ller el buffer

je termino ;sigue esperando

mov mact.segm,ax

mov mact.offs,0 ;el buffer actual es ahora aquél en el que

;se cargó por última vez

cmp finfich,2 ;si no se ha alcanzado el fin de fichero

jne bucprin ;sigue cargando y leyendo



cortavoc: cli ;

quit_timer ;

xor al,al ;

out 40h,al ;

jmp $+2 ;

out 40h,al ;

push ds ;

lds dx,dword ptr ant08 ;Reponer los vectores de interrupción antiguos

mov ax,2508h ;

int 21h ;

pop ds ;

push ds ;

lds dx,dword ptr ant09 ;

mov ax,2509h ;

int 21h ;

pop ds ;

sti ;

mov bx,handle

mov ah,3eh ;cerrar fichero

int 21h


mov es,ax

mov ah,49h

int 21h ;liberar la memoria de los buffers


mov es,ax

mov ah,49h

int 21h

call ponreloj ;actualizar reloj del sistema

;(que se quedó parado).

fintoca: mov ax,4c00h

int 21h ;salida al DOS

nomemo: mov dx,offset men1 ;salida al DOS con mensaje de no hay

mov ah,9 ;memoria

int 21h

jmp fintoca

errorfich: mov dx,offset men2 ;salida al DOS con mensaje de fichero

mov ah,9 ;no encontrado

int 21h

jmp fintoca

tocavoc endp

;Este procedimiento copia el primer argumento de la línea de órdenes

;en la variable "nombre"

pon_nombre proc

cld

push es

mov ax,datos

mov es,ax

mov di,offset nombre

mov si,128 ;offset de los parámetros en el PSP

mov cl,[si] ;carga longitud de los parámetros

or cl,cl ;si no se teclearon parámetros, salir

jz nonombre



dec cl

xor ch,ch

inc si

inc si

rep movsb ;copia nombre de fichero en la variable 'nombre'

nonombre: pop es

ret

pon_nombre endp

;Este procedimeinto carga 65500 bytes del fichero empezando en

;la posición AX:0

carga proc

mov finfich,0

push ds

push ax

push ax

mov bx,handle

pop ds

pop es

mov si,0

mov word ptr [si],0

mov di,2

mov cx,lonbloque/2

rep movsw

mov dx,0

mov cx,lonbloque

mov ah,3fh

int 21h

pop ds

cmp ax,lonbloque

je fincarga

mov finfich,1

fincarga: ret

carga endp

;Nueva interrupción del teclado

int09 proc

cli

push ax

push ds

mov ax,datos

mov ds,ax

in al,60h

push ax

and al,7fh

cmp al,1 ;si se pulsó ESC...

jne fintecla

pop ax

mov hayescape,1

jmp finint09

fintecla: pop ax

cmp al,2 ;si se pulsó "1"

jne noes1

mov al,periodo

cmp al,20

je finint09



dec al ;decrementa el periodo (aumenta la

;frecuencia de muestreo) y cárgala en el

;contador 0 del timer.

mov periodo,al

out 40h,al

xor al,al

out 40h,al

jmp finint09

noes1: cmp al,3

jne noes2

mov al,periodo

cmp al,255

je finint09

inc al ;si se pulsó "2" incrementa el período.

mov periodo,al

out 40h,al

xor al,al

out 40h,al

noes2: cmp al,4 ;"3" y "4" hacen las mismas operaciones

;con la variable volumen

jne noes3

mov al,volumen

cmp al,255

je finint09

inc volumen

jmp finint09

noes3: cmp al,5

jne finint09

mov al,volumen

or al,al

jz finint09

dec volumen

finint09: mov al,20h ;mandar un EOI al 8259-A

out 20h,al

pop ds

pop ax

sti

iret

int09 endp



;Esta es la interrupción 8. Se llama 1193180/periodo veces por segundo. Cada

;vez que se ejecuta lee una muestra del buffer actual y la manda por el altavoz

;interno utilizando el método expuesto. Para conseguir los tiempos

;Talto y Tbajo se programa el contador 2 (port 42h) en modo 0. Este modo hace

;que cuando se le cargue un valor (entre 0 y periodo), ponga su salida a 0

;durante ese valor, para luego ponerla a 1 el resto del tiempo hasta que se

;le vuelva a cargar otro valor. El contador 2 se conecta al altavoz mediante

;la macro "init_timer".

int08 proc

cli

pusha

push ds

push es

mov ax,datos

mov ds,ax

mov ax,mact.segm

mov es,ax

mov si,mact.offs

or si,si

jnz noes0

mov empezado,1

noes0: cmp si,lonbloque

jne noesult

mov terminado,1

noesult: mov al,es:[si] ;cargamos una nueva muestra en al

inc mact.offs

mul volumen

xor dx,dx

mov bx,128

div bx ;ax=muestra*volumen/128

cmp ax,255 ;si ax>255...

jbe ponper

mov al,255 ;entonces ax=255

ponper: mul periodo

sar ax,8 ;al (Talto) =muestra*periodo/256

out 42h,al

xor al,al

out 42h,al ;carga Talto en el contador 2

mov al,20h ;mandar EOI

out 20h,al

pop es

pop ds

popa

sti

iret

int08 endp



;Este procedimiento toma la hora real del reloj CMOS y la coloca en el reloj de la BIOS.

;Esto se hace para poner de nuevo en hora el reloj del sistema que se paró mientras se

;ejecutaba el programa.

ponreloj proc

mov ah,2

int 1ah

mov al,ch ;Convertir horas

call convt

mov ch,al

mov al,cl ;Convertir minutos

call convt

mov cl,al

mov al,dh ;Convertir segundos

call convt

mov dh,al

xor dl,dl

mov ah,2dh

int 21h

ret

ponreloj endp

convt proc

push cx

mov ah,al

and al,0fh ;al <-- unidades

and ah,0f0h ;ah <-- decenas

mov cl,4

shr ah,cl

aad

pop cx

ret

convt endp

codigo ends

end tocavoc

MULTIMEDIA EN PC: Emulacion del hardware de audio del ... · Prueba de emulación de un canal...

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