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zenglOX v3.1.0 Sound Blaster 16

当前版本新增了Sound Blaster 16相关的声卡驱动，同时新增了play程式，在ramdisk中放入了
两个测试用的wav文件，通过play test.wav或play test2.wav命令就可以播放这两个音频文件。

不过当前版本的开发，遇到了很多阻力，一方面有来自模拟器的问题，另一方面还有来自
Linux系统本身的问题，等等。

可以将网盘中的iso光盘镜像，挂载到VirtualBox或VMware下进行简单的测试
(作者是在windows环境下安装的VirtualBox和VMware)，
在测试之前，还需要先对VirtualBox及VMware的声卡进行配置，让它们使用sound blaster 16
的声卡。

对于VirtualBox，可以在虚拟机的设置界面的左侧，选择声音，然后在右边的声音界面中，
从控制芯片里选择"SoundBlaster 16"，最后点确定即可。

对于VMware，则需要修改vmx的配置文件，例如：作者在VMware中安装zenglOX时，所设置的
配置文件名为zenglOX.vmx，那么就打开该配置文件，并在其中加入一条
sound.virtualDev = "sb16" 的配置信息即可。

如果想在VMware下设置详细点的话，可以在配置文件中设置如下信息：

sound.autodetect = "FALSE"
sound.virtualDev = "sb16"
sound.baseAddr = "0x220"
sound.dma16 = "5"
sound.irq = "5"

上面配置信息里的sound.autodetect的原始值为TRUE，可以将其设置为FALSE，关闭自动检测，
要求VMware使用sound.virtualDev中所指定的sb16(也就是sound blaster 16声卡)。

sound.baseAddr = "0x220" 用于设置sound blaster 16中的DSP芯片的I/O端口的基地址，这个声卡是
ISA插槽上的声卡，通过设置主板上的jumper(跳线)，可以将DSP的I/O基地址设置为0x220，
0x240等等，默认是0x220。主要是在zenglOX的sb16的声卡驱动程式中，已经将这个基地址
通过宏定义，设置为了0x220。因此，如果你设置为0x240的话，就无法对DSP的I/O端口进行读写
操作了，zenglOX的sb16的声卡驱动是从Minix3中移植过来的，在Minix3的源码中，也将其
固定为了0x220。各个模拟器的缺省值也都是0x220 。

sound.dma16 = "5" 用于将DMA16的通道设置为5，在ISA的DMA中，5、6、7三个通道是用于16位传输的，
各模拟器中的缺省值为5，在zenglOX的驱动程式里，也是通过通道5来进行DMA的16位传输的。
有关ISA DMA的相关信息，可以参考 http://wiki.osdev.org/ISA_DMA 该链接对应的文章。

sound.irq = "5" 用于将sb16声卡的中断号设置为5，这也是和zenglOX的驱动程式相匹配的，
有的版本的VMware里，这个中断号的缺省值可能为7，因此，可以将其设置为5，从而让zenglOX的
声卡驱动能够正常运作，Minix3的源码里，中断号默认为7。作者之所以使用5，是因为在
Qemu模拟器下，通过分析Qemu的源代码可知，它在初始化时，就将sb16的中断号，固定为5了，
而且，无法通过sb16的mixer芯片的0x80寄存器来修改这个中断号，因此，为了让zenglOX的声卡
驱动能够在VirtualBox，VMware及Qemu下都正常运行，就将中断号统一设置为了5

当然，一开始你可以只添加一条sound.virtualDev = "sb16"的配置信息，如果不能正常工作的话，
再将其他的配置信息加进去。

Qemu模拟器的配置，放在最后再进行介绍，因为会涉及到比较多的内容。

在VirtualBox及VMware下，配置好声卡后，挂载zenglOX v3.1.0版本的iso镜像文件，在启动进入
桌面前，应该就可以看到Sound Blaster 16声卡的DSP的版本号信息了，qemu及VirtualBox下的sb16的
DSP的版本号为4.5，VMware中的sb16的DSP的版本号则为4.13 。

进入zenglOX的桌面后，启动term终端，在终端里，通过 play test.wav 和 play test2.wav 命令
就可以播放test.wav与test2.wav这两个音频文件了：

zenglOX> play test.wav
play test.wav...[20%]...[27%]...[34%]...[41%]...[48%]...[55%]...[62%]...[69%]...
[76%]...[83%]...[90%]...[97%]...[99%]...[99%]...audio end!
zenglOX> play test2.wav
play test2.wav...[28%]...[37%]...[46%]...[56%]...[65%]...[74%]...[84%]...[93%]..
.[99%]...[99%]...audio end!
zenglOX> 

上面当处理器，每收到一个声卡的IRQ中断时，就会向play程式发送一个消息，在该消息的
处理过程中，就会将百分数信息显示出来，表示当前大概播放到了什么位置。
在play程式的播放过程中，可以按p键暂停，按c键继续，按ESC键退出，VMware下，如果
使用暂停和继续功能的话，会导致一些播放上的问题，有可能是VMware模拟器的BUG，也有可能是
当前驱动的问题。

在VirtualBox及VMware下，还可以通过mixer程式来调节音量：

zenglOX> mixer -mv 31 31
Mixer detected!
set Mixer Master successed!
set Mixer Voice successed!
zenglOX> mixer -l
Mixer detected!
Mixer Master left:31 Mixer Master right:31
Mixer Voice left:31 Mixer Voice right:31
....................................
....................................
....................................

可以通过mixer -h命令来查看mixer的帮助信息，虽然，mixer有很多的参数，但是只有-mv参数
可以在VMware及VirtualBox下起作用，因为模拟器，并没有完全按照硬件来进行模拟，很多
环节都被忽略掉了，尤其是在Qemu模拟器下，Mixer芯片对控制音量完全没作用，因此，在Qemu
模拟器下使用mixer程式没有多大的含义，顶多用mixer -l命令来查看当前Mixer芯片里各音量控制
相关的寄存器的值而已。

Mixer音量控制芯片相关的内容，可以参考pdf手册的第4章，在pdf手册的第71页(顶部分页输入框中
的页数)，有一幅音量控制相关的电路原理图，真实的硬件，应该是按照这个图来调节音量的，
从图中可以看到，每个Mixer寄存器在音量控制中的作用。

mixer -mv命令在调节音量时，其有效值在0到31之间，上面的mixer -mv 31 31命令中，输入的
两个31，分别用来设置左右两声道(但其实，你将一边设为31，另一边设为0，还是可以两边都有声音，
因此，模拟器的模拟还是不够真实)。

上面提到的play程式，mixer程式，test.wav及test2.wav音频文件，都存储在ramdisk中，
因此，都可以直接进行测试。

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Qemu中的相关配置
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在zenglOX源码根目录的readme.md文件中，作者加入了新的针对当前版本的，Qemu相关的配置信息。

以下是readme.md中新加入的主要内容(之前版本中的内容，通过....省略掉)：

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安装完依赖项后, 对于zenglOX v3.1.0及之后的版本，由于引入了sound blaster 16之类的声卡的驱动，
并且，声音输出在qemu下执行时，它的I/O线程会很繁忙，以至于在Ubuntu系统下，
如果不开启kvm硬件加速的话，qemu的I/O线程会严重阻塞VCPU线程，从而导致qemu的CPU指令无法正常执行，
也就会让qemu里的音乐播放，图形界面渲染，鼠标操作等一系列功能都无法正常运作
(主要是在播放音乐过程中)。
因此，对于zenglOX v3.1.0及之后的版本就必须开启KVM硬件加速(至少在ubuntu的系统下是这样的)。

要开启KVM(也就是处理器的虚拟化技术), 
读者可以参考 http://www.linuxfromscratch.org/blfs/view/svn/postlfs/qemu.html 该链接里的内容。

该链接中，提示读者可以先用如下命令，来查看处理器是否支持虚拟化技术:

egrep '^flags.*(vmx|svm)' /proc/cpuinfo

如果什么输出信息都没有，那么很遗憾，你的处理器不支持虚拟化技术
(或者是: 你的Linux是安装在VirtualBox之类的虚拟机中的，VirtualBox不会将
处理器的虚拟化功能，传递给运行在其中的系统)，
如果该命令产生了任何输出信息的话，就说明你的处理器支持虚拟化技术，
接着就可以进入BIOS中查看该虚拟化技术是否开启了，如果没开启就手动开启。

作者的台式机用的是技嘉的主板(型号GA-F2A85XM-DS2)，在该主板的BIOS里的M.I.T.页面下，
有一个Advanced Frequency Settings项目，进入该项目后，
再进入Advanced CPU Core Features项目，该项目里，有一个SVM Mode选项，
该选项默认是Enabled开启状态，因此，作者的技嘉主板默认就开启了CPU的虚拟化技术。
作者的华硕笔记本默认也是开启了处理器的虚拟化技术的。
对于其他主板，则需要查看主板的说明书，或者网上搜索。

如果CPU不支持虚拟化技术的话，就只能将生成的iso镜像放置到VirtualBox或VMware下进行测试了.

在开启了CPU的虚拟化功能后，还需要查看Linux内核是否将KVM编译为了内建模式，
或者将KVM编译为了模块模式，在上面那个链接里已经写的比较详细了，这里就不多说了，
在ubuntu系统下(作者所使用的是ubuntu 12.04的系统)，KVM默认就被编译为了模块模式，
读者可以使用 modinfo kvm-intel 和 modinfo kvm-amd 命令来查看这两个模块的相关信息，
对于Intel处理器，需要使用kvm-intel模块,
对于AMD处理器，则需要使用kvm-amd模块。
要加载kvm-amd模块，可以使用sudo modprobe kvm-amd命令，
要加载kvm-intel模块，则可以使用sudo modprobe kvm-intel命令，
如果你的处理器不支持某个模块的话，modprobe命令执行时，就会抛出Operation not supported的信息，
并且不会去加载该模块，因此，你不需要担心，因加载到了错误的模块而影响到系统的正常运行。

如果想让kvm-intel或kvm-amd模块在启动时，自动被加载的话，在ubuntu系统下，
可以在/etc/modules文件中加入对应的模块名.

要查看模块是否被成功加载了，可以通过 lsmod | grep kvm 命令来查看。
如果显示出了kvm的相关信息，那么就说明对应的模块被加载成功了。

在kvm模块被成功加载后，qemu不需要什么额外的配置(qemu本身就支持kvm)，
只需在qemu的启动命令行参数中，加入-enable-kvm参数即可，
从zenglOX v3.1.0版本开始，作者默认就在startQemu的脚本文件中，加入了-enable-kvm的参数。
如果你的Linux系统环境下，不需要开启kvm硬件加速，qemu也能正常播放音乐的话，
可以将该参数去掉。不过如果能开启kvm硬件加速的话，最好还是开启，
因为它可以有效的提高qemu的执行速度。

此外，从zenglOX v3.1.0版本开始，startQemu脚本文件的开头，
加入了一条export QEMU_AUDIO_DRV=alsa命令，这条命令用于强制要求qemu使用ALSA音频驱动来播放声音。

要让qemu播放出声音，首先需要确保qemu所在的Linux系统能发出声音，
如果Linux系统都不能发出声音的话，运行在Linux系统中的qemu就更不可能发出声音了。

作者的台式机安装的是ubuntu 12.04的Linux发行版, 一开始该系统是没有声音的，
alsamixer命令执行后，显示出"This sound device does not have any controls"的信息，
根本没有音量可供调节，因此，应该是alsa音频驱动的问题。
作者就参考 http://blog.csdn.net/rainysia/article/details/12907443 这篇文章
将ALSA音频驱动重新安装了一下(作者也是realtek alc887的声卡)，
同时参考 http://blog.csdn.net/wangzhilife/article/details/7881722 和
http://blog.163.com/seven_7_one/blog/static/162606412201185114049121 这两个链接里的文章，
将ALSA相关的alsa-lib及alsa-utils都安装了一遍
(安装时，要注意alsa-driver，alsa-lib及alsa-utils的版本号要一致)，
重启后，alsamixer就可以正常调节音量了, ubuntu也就可以正常播放声音了。

作者的笔记本上，装的也是ubuntu 12.04的系统，但是，默认就可以播放声音，因为，
现在的Linux内核中，默认就集成了alsa的音频驱动，作者笔记本上的声卡比较旧，
内核集成的alsa驱动可以识别出来, 不像作者台式机上的声卡, 内核集成的alsa驱动无法识别，
就只有到alsa的官方网站(http://www.alsa-project.org/), 下载新版的驱动来安装了。
当然，你也可以将ubuntu 12.04升级到14.04或者15.04的新版本，
让新版本的内核中集成的alsa驱动来识别。不过，作者不喜欢升级，
一方面要等满久，另一方面，新版本是否稳定也不清楚。

对于2.6.x的linux内核，你可以从alsa官网的old drivers (alsa-driver)的ftp站点(当前地址为
ftp://ftp.alsa-project.org/pub/driver/)，
下载到1.0.23，1.0.24或者1.0.25的alsa-driver来进行编译安装，
对于3.x.x或者更高版本的Linux系统，alsa驱动已经被彻底整合进Linux的内核源码中了，
alsa官方已经不再提供单独的alsa-driver的下载地址了。

在系统加入了ALSA音频驱动以及相关的alsa-lib, alsa-utils的情况下，如果系统能正常播放声音，
那么，接下来，就只需在qemu的配置中加入alsa的支持即可, 
对于zenglOX v3.1.0之前的版本，你可以使用如下配置: 

zengl@zengl.com:~/Downloads/qemu-build$ ../qemu-2.2.0/configure --target-list=i386-softmmu --enable-debug --disable-pie

对于zenglOX v3.1.0之后的版本，就需要使用如下所示的配置:

zengl@zengl.com:~/Downloads/qemu-build$ ../qemu-2.2.0/configure --target-list=i386-softmmu --enable-debug --disable-pie --enable-sdl --audio-drv-list='oss alsa sdl'

增加了--enable-sdl和--audio-drv-list='oss alsa sdl'两个配置参数，
--enable-sdl表示采用SDL来进行渲染，有的linux系统中会使用gtk来渲染，
gtk渲染下，播放声音时，会阻塞gtk的渲染工作。在startQemu的启动脚本中，
也加入了一条-display sdl的启动参数，表示强制使用SDL引擎来进行渲染，
--audio-drv-list='oss alsa sdl'表示qemu将支持oss，alsa及sdl的音频驱动，
这样在startQemu脚本文件里加入export QEMU_AUDIO_DRV=alsa命令后，
qemu就会通过alsa音频驱动来播放声音了，如果没有--audio-drv-list='oss alsa sdl'这条配置信息的话，
那么qemu就将只支持原始的oss音频驱动，当export QEMU_AUDIO_DRV=alsa命令执行后，再启动qemu时，
会提示audio: Unknown audio driver `alsa'的信息，这样qemu就无法通过alsa音频驱动来播放声音了，
因此，必须加入--audio-drv-list='oss alsa sdl'这条配置信息。

在使用configure对qemu配置完后，就可以通过make和make install命令来编译安装qemu了:

zengl@zengl.com:~/Downloads/qemu-build$ ../qemu-2.2.0/configure --target-list=i386-softmmu --enable-debug --disable-pie --enable-sdl --audio-drv-list='oss alsa sdl'
zengl@zengl.com:~/Downloads/qemu-build$ make
zengl@zengl.com:~/Downloads/qemu-build$ sudo make install
zengl@zengl.com:~/Downloads/qemu-build$ qemu-system-i386 --version
QEMU emulator version 2.2.0, Copyright (c) 2003-2008 Fabrice Bellard
zengl@zengl.com:~/Downloads/qemu-build$ 

.........................................

以上就是readme.md文件中新增的主要内容，在重新配置，和编译安装qemu后，
编译运行zenglOX的方式与之前的版本是一样的。

因此，对于qemu来说，当前版本，主要就是需要开启kvm虚拟化技术，还有就是加入alsa音频驱动的支持。
在startQemu的启动脚本中，还加入了一条-soundhw sb16的启动参数，表示在qemu中使用Sound blaster 16
的声卡。

和Sound blaster 16相关的驱动程式位于zenglOX源码根目录的zlox_sb16.c及zlox_sb16.h的文件中，
和play程式相关的源码位于build_initrd_img目录中的play.c文件里，mixer程式相关的源码位于
build_initrd_img目录中的mixer.c文件里。
此外，还新增了zlox_audio.c及zlox_audio.h两个音频驱动文件，有点类似于Linux中的alsa，
属于中间驱动层，他会将用户指令传递到底层的具体的声卡驱动中。

和Sound blaster 16声卡相关的信息可以参考网盘中的pdf手册，以及参考
http://wiki.osdev.org/Sound_Blaster_16 该链接对应的文章，不过这篇文章的内容过于简单了，
还是pdf手册讲的详细点。

网盘里的pdf手册名为SoundBlaster_RemovePassword.pdf ，该名称里的RemovePassword表示
该PDF手册是去除了密码保护的，可以对PDF里的内容进行复制操作。比如对某些英文句子复制后，
放到Google翻译中，进行翻译，原版的PDF受到保护，无法复制，不方便查看和翻译。

wav音频文件的格式，可以参考 

https://web.archive.org/web/20141213140451/https://ccrma.stanford.edu/courses/422/projects/WaveFormat/

这个链接地址有点古怪，URL的中间还有一个https://，这个地址需要通过代理访问。
必须将上面这条古怪的地址完全输入到浏览器的地址栏中，才能访问。
并且浏览器还需要通过GoAgent之类的代理才能访问到。

当前版本及以后的版本都将不再提供Bochs相关的启动脚本，因为Bochs已经不再适合后续版本的开发了。

可以看到，声卡驱动的开发，会遇到不少问题，如果读者想在自己的hobby OS中写入声卡驱动的话，
也需要对这些问题一一进行处理。

时间: 2015年4月30日
作者: zenglong
官网: www.zengl.com