Merge branch 'release' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/aegl/linux-2.6
[linux-2.6] / Documentation / sound / alsa / Audiophile-Usb.txt
1         Guide to using M-Audio Audiophile USB with ALSA and Jack        v1.3
2         ========================================================
3
4             Thibault Le Meur <Thibault.LeMeur@supelec.fr>
5
6 This document is a guide to using the M-Audio Audiophile USB (tm) device with 
7 ALSA and JACK.
8
9 1 - Audiophile USB Specs and correct usage
10 ==========================================
11 This part is a reminder of important facts about the functions and limitations 
12 of the device.
13
14 The device has 4 audio interfaces, and 2 MIDI ports:
15  * Analog Stereo Input (Ai)
16    - This port supports 2 pairs of line-level audio inputs (1/4" TS and RCA) 
17    - When the 1/4" TS (jack) connectors are connected, the RCA connectors
18      are disabled
19  * Analog Stereo Output (Ao)
20  * Digital Stereo Input (Di)
21  * Digital Stereo Output (Do)
22  * Midi In (Mi)
23  * Midi Out (Mo)
24
25 The internal DAC/ADC has the following characteristics:
26 * sample depth of 16 or 24 bits
27 * sample rate from 8kHz to 96kHz
28 * Two ports can't use different sample depths at the same time. Moreover, the 
29 Audiophile USB documentation gives the following Warning: "Please exit any 
30 audio application running before switching between bit depths"
31
32 Due to the USB 1.1 bandwidth limitation, a limited number of interfaces can be 
33 activated at the same time depending on the audio mode selected:
34  * 16-bit/48kHz ==> 4 channels in/4 channels out
35    - Ai+Ao+Di+Do
36  * 24-bit/48kHz ==> 4 channels in/2 channels out, 
37                     or 2 channels in/4 channels out
38    - Ai+Ao+Do or Ai+Di+Ao or Ai+Di+Do or Di+Ao+Do
39  * 24-bit/96kHz ==> 2 channels in, or 2 channels out (half duplex only)
40    - Ai or Ao or Di or Do
41
42 Important facts about the Digital interface:
43 --------------------------------------------
44  * The Do port additionally supports surround-encoded AC-3 and DTS passthrough, 
45 though I haven't tested it under Linux
46    - Note that in this setup only the Do interface can be enabled
47  * Apart from recording an audio digital stream, enabling the Di port is a way 
48 to synchronize the device to an external sample clock
49    - As a consequence, the Di port must be enable only if an active Digital 
50 source is connected
51    - Enabling Di when no digital source is connected can result in a 
52 synchronization error (for instance sound played at an odd sample rate)
53
54
55 2 - Audiophile USB support in ALSA
56 ==================================
57
58 2.1 - MIDI ports
59 ----------------
60 The Audiophile USB MIDI ports will be automatically supported once the 
61 following modules have been loaded:
62  * snd-usb-audio
63  * snd-seq-midi
64
65 No additional setting is required.
66
67 2.2 - Audio ports
68 -----------------
69
70 Audio functions of the Audiophile USB device are handled by the snd-usb-audio 
71 module. This module can work in a default mode (without any device-specific 
72 parameter), or in an "advanced" mode with the device-specific parameter called 
73 "device_setup".
74
75 2.2.1 - Default Alsa driver mode
76
77 The default behavior of the snd-usb-audio driver is to parse the device 
78 capabilities at startup and enable all functions inside the device (including 
79 all ports at any supported sample rates and sample depths). This approach 
80 has the advantage to let the driver easily switch from sample rates/depths 
81 automatically according to the need of the application claiming the device.
82
83 In this case the Audiophile ports are mapped to alsa pcm devices in the 
84 following way (I suppose the device's index is 1):
85  * hw:1,0 is Ao in playback and Di in capture
86  * hw:1,1 is Do in playback and Ai in capture
87  * hw:1,2 is Do in AC3/DTS passthrough mode
88
89 You must note as well that the device uses Big Endian byte encoding so that 
90 supported audio format are S16_BE  for 16-bit depth modes and S24_3BE for 
91 24-bits depth mode. One exception is the hw:1,2 port which is Little Endian 
92 compliant and thus uses S16_LE.
93
94 Examples:
95  * playing a S24_3BE encoded raw file to the Ao port
96    % aplay -D hw:1,0 -c2 -t raw -r48000 -fS24_3BE test.raw
97  * recording a  S24_3BE encoded raw file from the Ai port
98    % arecord -D hw:1,1 -c2  -t raw -r48000 -fS24_3BE test.raw
99  * playing a S16_BE encoded raw file to the Do port
100    % aplay -D hw:1,1 -c2 -t raw -r48000 -fS16_BE test.raw
101
102 If you're happy with the default Alsa driver setup and don't experience any 
103 issue with this mode, then you can skip the following chapter.
104
105 2.2.2 - Advanced module setup
106
107 Due to the hardware constraints described above, the device initialization made 
108 by the Alsa driver in default mode may result in a corrupted state of the 
109 device. For instance, a particularly annoying issue is that the sound captured 
110 from the Ai port sounds distorted (as if boosted with an excessive high volume 
111 gain).
112
113 For people having this problem, the snd-usb-audio module has a new module 
114 parameter called "device_setup".
115
116 2.2.2.1 - Initializing the working mode of the Audiophile USB
117
118 As far as the Audiophile USB device is concerned, this value let the user 
119 specify:
120  * the sample depth
121  * the sample rate
122  * whether the Di port is used or not 
123
124 Here is a list of supported device_setup values for this device:
125  * device_setup=0x00 (or omitted)
126    - Alsa driver default mode
127    - maintains backward compatibility with setups that do not use this 
128      parameter by not introducing any change
129    - results sometimes in corrupted sound as described earlier
130  * device_setup=0x01
131    - 16bits 48kHz mode with Di disabled
132    - Ai,Ao,Do can be used at the same time
133    - hw:1,0 is not available in capture mode
134    - hw:1,2 is not available
135  * device_setup=0x11
136    - 16bits 48kHz mode with Di enabled
137    - Ai,Ao,Di,Do can be used at the same time
138    - hw:1,0 is available in capture mode
139    - hw:1,2 is not available
140  * device_setup=0x09
141    - 24bits 48kHz mode with Di disabled
142    - Ai,Ao,Do can be used at the same time
143    - hw:1,0 is not available in capture mode
144    - hw:1,2 is not available
145  * device_setup=0x19
146    - 24bits 48kHz mode with Di enabled
147    - 3 ports from {Ai,Ao,Di,Do} can be used at the same time
148    - hw:1,0 is available in capture mode and an active digital source must be 
149      connected to Di
150    - hw:1,2 is not available
151  * device_setup=0x0D or 0x10
152    - 24bits 96kHz mode
153    - Di is enabled by default for this mode but does not need to be connected 
154      to an active source
155    - Only 1 port from {Ai,Ao,Di,Do} can be used at the same time
156    - hw:1,0 is available in captured mode
157    - hw:1,2 is not available
158  * device_setup=0x03
159    - 16bits 48kHz mode with only the Do port enabled 
160    - AC3 with DTS passthru (not tested)
161    - Caution with this setup the Do port is mapped to the pcm device hw:1,0
162
163 2.2.2.2 - Setting and switching configurations with the device_setup parameter
164
165 The parameter can be given:
166  * By manually probing the device (as root):
167    # modprobe -r snd-usb-audio
168    # modprobe snd-usb-audio index=1 device_setup=0x09
169  * Or while configuring the modules options in your modules configuration file
170    - For Fedora distributions, edit the /etc/modprobe.conf file:
171        alias snd-card-1 snd-usb-audio
172        options snd-usb-audio index=1 device_setup=0x09
173
174 IMPORTANT NOTE WHEN SWITCHING CONFIGURATION:
175 -------------------------------------------
176  * You may need to _first_ initialize the module with the correct device_setup 
177    parameter and _only_after_ turn on the Audiophile USB device
178  * This is especially true when switching the sample depth:
179    - first turn off the device
180    - de-register the snd-usb-audio module (modprobe -r)
181    - change the device_setup parameter by changing the device_setup
182      option in /etc/modprobe.conf 
183    - turn on the device
184
185 2.2.2.3 - Audiophile USB's device_setup structure
186
187 If you want to understand the device_setup magic numbers for the Audiophile 
188 USB, you need some very basic understanding of binary computation. However, 
189 this is not required to use the parameter and you may skip this section.
190
191 The device_setup is one byte long and its structure is the following:
192
193        +---+---+---+---+---+---+---+---+
194        | b7| b6| b5| b4| b3| b2| b1| b0|
195        +---+---+---+---+---+---+---+---+
196        | 0 | 0 | 0 | Di|24B|96K|DTS|SET|
197        +---+---+---+---+---+---+---+---+
198
199 Where:
200  * b0 is the "SET" bit
201    - it MUST be set if device_setup is initialized 
202  * b1 is the "DTS" bit
203    - it is set only for Digital output with DTS/AC3
204    - this setup is not tested
205  * b2 is the Rate selection flag
206    - When set to "1" the rate range is 48.1-96kHz
207    - Otherwise the sample rate range is 8-48kHz
208  * b3 is the bit depth selection flag
209    - When set to "1" samples are 24bits long
210    - Otherwise they are 16bits long
211    - Note that b2 implies b3 as the 96kHz mode is only supported for 24 bits 
212      samples
213  * b4 is the Digital input flag
214    - When set to "1" the device assumes that an active digital source is 
215      connected 
216    - You shouldn't enable Di if no source is seen on the port (this leads to 
217      synchronization issues)
218    - b4 is implied by b2 (since only one port is enabled at a time no synch 
219      error can occur) 
220  * b5 to b7 are reserved for future uses, and must be set to "0"
221    - might become Ao, Do, Ai, for b7, b6, b4 respectively
222
223 Caution:
224  * there is no check on the value you will give to device_setup
225    - for instance choosing 0x05 (16bits 96kHz) will fail back to 0x09 since 
226      b2 implies b3. But _there_will_be_no_warning_ in /var/log/messages
227  * Hardware constraints due to the USB bus limitation aren't checked
228    - choosing b2 will prepare all interfaces for 24bits/96kHz but you'll
229      only be able to use one at the same time
230
231 2.2.3 -  USB implementation details for this device
232
233 You may safely skip this section if you're not interested in driver 
234 development.
235
236 This section describes some internal aspects of the device and summarize the 
237 data I got by usb-snooping the windows and Linux drivers.
238
239 The M-Audio Audiophile USB has 7 USB Interfaces:
240 a "USB interface":
241  * USB Interface nb.0
242  * USB Interface nb.1
243    - Audio Control function
244  * USB Interface nb.2
245    - Analog Output
246  * USB Interface nb.3
247    - Digital Output
248  * USB Interface nb.4
249    - Analog Input
250  * USB Interface nb.5
251    - Digital Input
252  * USB Interface nb.6
253    - MIDI interface compliant with the MIDIMAN quirk 
254
255 Each interface has 5 altsettings (AltSet 1,2,3,4,5) except:
256  * Interface 3 (Digital Out) has an extra Alset nb.6 
257  * Interface 5 (Digital In) does not have Alset nb.3 and 5 
258
259 Here is a short description of the AltSettings capabilities:
260  * AltSettings 1 corresponds to
261   - 24-bit depth, 48.1-96kHz sample mode
262   - Adaptive playback (Ao and Do), Synch capture (Ai), or Asynch capture (Di)
263  * AltSettings 2 corresponds to
264   - 24-bit depth, 8-48kHz sample mode
265   - Asynch capture and playback  (Ao,Ai,Do,Di)
266  * AltSettings 3 corresponds to
267   - 24-bit depth, 8-48kHz sample mode
268   - Synch capture (Ai) and Adaptive playback (Ao,Do)
269  * AltSettings 4 corresponds to
270   - 16-bit depth, 8-48kHz sample mode
271   - Asynch capture and playback  (Ao,Ai,Do,Di)
272  * AltSettings 5 corresponds to
273   - 16-bit depth, 8-48kHz sample mode
274   - Synch capture (Ai) and Adaptive playback (Ao,Do)
275  * AltSettings 6 corresponds to
276   - 16-bit depth, 8-48kHz sample mode
277   - Synch playback (Do), audio format type III IEC1937_AC-3
278
279 In order to ensure a correct initialization of the device, the driver 
280 _must_know_ how the device will be used:
281  * if DTS is chosen, only Interface 2 with AltSet nb.6 must be
282    registered
283  * if 96KHz only AltSets nb.1 of each interface must be selected
284  * if samples are using 24bits/48KHz then AltSet 2 must me used if
285    Digital input is connected, and only AltSet nb.3 if Digital input
286    is not connected
287  * if samples are using 16bits/48KHz then AltSet 4 must me used if
288    Digital input is connected, and only AltSet nb.5 if Digital input
289    is not connected
290
291 When device_setup is given as a parameter to the snd-usb-audio module, the 
292 parse_audio_endpoints function uses a quirk called 
293 "audiophile_skip_setting_quirk" in order to prevent AltSettings not 
294 corresponding to device_setup from being registered in the driver.
295
296 3 - Audiophile USB and Jack support
297 ===================================
298
299 This section deals with support of the Audiophile USB device in Jack.
300 The main issue regarding this support is that the device is Big Endian 
301 compliant.
302
303 3.1 - Using the plug alsa plugin
304 --------------------------------
305
306 Jack doesn't directly support big endian devices. Thus, one way to have support 
307 for this device with Alsa is to use the Alsa "plug" converter.
308
309 For instance here is one way to run Jack with 2 playback channels on Ao and 2 
310 capture channels from Ai:
311   % jackd -R -dalsa -dplughw:1 -r48000 -p256 -n2 -D -Cplughw:1,1
312
313
314 However you may see the following warning message:
315 "You appear to be using the ALSA software "plug" layer, probably a result of 
316 using the "default" ALSA device. This is less efficient than it could be. 
317 Consider using a hardware device instead rather than using the plug layer."
318
319 3.2 - Patching alsa to use direct pcm device
320 --------------------------------------------
321 A patch for Jack by Andreas Steinmetz adds support for Big Endian devices. 
322 However it has not been included in the CVS tree.
323
324 You can find it at the following URL:
325 http://sourceforge.net/tracker/index.php?func=detail&aid=1289682&group_id=39687&
326 atid=425939
327
328 After having applied the patch you can run jackd with the following command 
329 line:
330   % jackd -R -dalsa -Phw:1,0 -r48000 -p128 -n2 -D -Chw:1,1
331
332 3.2 - Getting 2 input and/or output interfaces in Jack
333 ------------------------------------------------------
334
335 As you can see, starting the Jack server this way will only enable 1 stereo
336 input (Di or Ai) and 1 stereo output (Ao or Do).
337
338 This is due to the following restrictions:
339 * Jack can only open one capture device and one playback device at a time
340 * The Audiophile USB is seen as 2 (or three) Alsa devices: hw:1,0, hw:1,1
341   (and optionally hw:1,2)
342 If you want to get Ai+Di and/or Ao+Do support with Jack, you would need to
343 combine the Alsa devices into one logical "complex" device.
344
345 If you want to give it a try, I recommend reading the information from
346 this page: http://www.sound-man.co.uk/linuxaudio/ice1712multi.html
347 It is related to another device (ice1712) but can be adapted to suit
348 the Audiophile USB.
349
350 Enabling multiple Audiophile USB interfaces for Jackd will certainly require:
351 * patching Jack with the previously mentioned "Big Endian" patch
352 * patching Jackd with the MMAP_COMPLEX patch (see the ice1712 page)
353 * patching the alsa-lib/src/pcm/pcm_multi.c file (see the ice1712 page)
354 * define a multi device (combination of hw:1,0 and hw:1,1) in your .asoundrc
355   file 
356 * start jackd with this device
357
358 I had no success in testing this for now, but this may be due to my OS
359 configuration. If you have any success with this kind of setup, please
360 drop me an email.