// code_name: pico_usb_synth_basic.ino
// version: 1.0.1
// description: USB MIDI Host to I2S Audio Synthesizer (Sawtooth) for RP2040

#include <Arduino.h>
#include <Adafruit_TinyUSB.h>
#include <Adafruit_GFX.h>    // Core graphics library
#include <Adafruit_ST7789.h> // Hardware-specific library for ST7789
#include <SPI.h>
#include <I2S.h>

// --- 設定: ディスプレイ (ST7789) ---
#define TFT_CS        17
#define TFT_RST       20 // またはリセットピンがない場合は -1
#define TFT_DC        16
#define TFT_MOSI      19
#define TFT_SCLK      18

// 画面解像度 (240x240など、手持ちのデバイスに合わせて調整)
Adafruit_ST7789 tft = Adafruit_ST7789(TFT_CS, TFT_DC, TFT_MOSI, TFT_SCLK, TFT_RST);

// --- 設定: オーディオ (I2S PCM5102A) ---
const int I2S_BCLK = 26;
const int I2S_LRCK = 27;
const int I2S_DOUT = 28;
const int SAMPLE_RATE = 44100;

// --- シンセサイザー変数 ---
volatile float currentFreq = 0.0;
volatile bool isNoteOn = false;
float phase = 0.0;
float phaseIncrement = 0.0;

// --- USB MIDI Host オブジェクト ---
Adafruit_USBH_Midi  MidiHost;

// --- 関数プロトタイプ ---
void noteOn(uint8_t channel, uint8_t pitch, uint8_t velocity);
void noteOff(uint8_t channel, uint8_t pitch, uint8_t velocity);

// --- セットアップ (Core 0: UI & USB処理) ---
void setup() {
  Serial.begin(115200);

  // 1. LCD初期化
  tft.init(240, 240); // 解像度はデバイスに合わせる
  tft.setRotation(2);
  tft.fillScreen(ST77XX_BLACK);
  tft.setTextColor(ST77XX_WHITE);
  tft.setTextSize(2);
  tft.setCursor(10, 10);
  tft.println("USB Synth Ready");

  // 2. I2S初期化 (出力モード)
  I2S.setBCLK(I2S_BCLK);
  I2S.setDATA(I2S_DOUT);
  I2S.setBitsPerSample(16);
  
  // バッファサイズを小さく設定しないとレイテンシが発生しますが、
  // 初期テストでは安定性重視でデフォルトを使用します。
  if (!I2S.begin(SAMPLE_RATE)) {
    tft.println("I2S Init Failed!");
    while (1);
  }

  // 3. USB MIDI Host初期化
  // "Tools->USB Stack->Adafruit TinyUSB" が選択されていること
  USBHost.begin(0); // USB Controller 0 (RP2040 default)
  
  // MIDIコールバックの設定
  MidiHost.setNoteOnCallback(noteOn);
  MidiHost.setNoteOffCallback(noteOff);
  MidiHost.begin();
}

// --- メインループ (Core 0) ---
void loop() {
  // USBタスクの実行（必須）
  USBHost.task();
  MidiHost.read();
}

// --- MIDI ノートON コールバック ---
void noteOn(uint8_t channel, uint8_t pitch, uint8_t velocity) {
  if (velocity == 0) {
    noteOff(channel, pitch, velocity);
    return;
  }
  
  // MIDIノート番号から周波数へ変換
  // f = 440 * 2^((d - 69) / 12)
  currentFreq = 440.0 * pow(2.0, (pitch - 69.0) / 12.0);
  
  // 位相増分を計算 (2PI * freq / sample_rate)
  // ここでは簡易的に 0.0 - 1.0 の範囲で位相を管理します
  phaseIncrement = currentFreq / (float)SAMPLE_RATE;
  isNoteOn = true;

  // 画面更新 (デバッグ用)
  tft.fillScreen(ST77XX_BLACK);
  tft.setCursor(10, 50);
  tft.print("Note: ");
  tft.println(pitch);
  tft.print("Freq: ");
  tft.println(currentFreq);
}

// --- MIDI ノートOFF コールバック ---
void noteOff(uint8_t channel, uint8_t pitch, uint8_t velocity) {
  // 簡易実装: 最後に押されたキーのみ管理しているため、単純にOFFにする
  // 本格的にはボイスアサイン管理が必要です
  isNoteOn = false;
  
  tft.fillScreen(ST77XX_BLACK);
  tft.setCursor(10, 50);
  tft.println("Release");
}

// --- オーディオ処理 (Core 1) ---
// RP2040のデュアルコアを利用し、Core1をオーディオ生成専用に回します
void setup1() {
  // Core1用の初期化が必要ならここに記述
  delay(100); 
}

void loop1() {
  // オーディオサンプル生成ループ
  // I2Sバッファがいっぱいになるまで書き込み続けるとブロックされます
  
  // ノコギリ波の生成 (-32768 to 32767)
  int16_t sample = 0;

  if (isNoteOn) {
    // 位相を進める
    phase += phaseIncrement;
    if (phase >= 1.0) phase -= 1.0;

    // 0.0 - 1.0 を -32768 - 32767 に変換 (ノコギリ波)
    // 実際はエイリアシング対策が必要ですが、まずは簡易実装
    sample = (int16_t)((phase * 65535.0) - 32768.0);
  } else {
    sample = 0;
    phase = 0; // リセットするかは挙動による
  }

  // ステレオ出力 (左・右に同じデータを送る)
  // writeはブロッキング関数なので、DACの速度に合わせて待機します
  I2S.write(sample); // Left
  I2S.write(sample); // Right
}

// code_name: pico_usb_synth_fixed.ino
// version: 1.0.2
// description: Fixed I2S instantiation and USB Host objects for RP2040

#include <Arduino.h>
#include <Adafruit_TinyUSB.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_ST7789.h>
#include <SPI.h>
#include <I2S.h>

// --- 設定: ディスプレイ (ST7789) ---
#define TFT_CS        17
#define TFT_RST       20
#define TFT_DC        16
#define TFT_MOSI      19
#define TFT_SCLK      18

// 画面解像度
Adafruit_ST7789 tft = Adafruit_ST7789(TFT_CS, TFT_DC, TFT_MOSI, TFT_SCLK, TFT_RST);

// --- 設定: オーディオ (I2S PCM5102A) ---
// I2Sクラスのインスタンスを作成 (OUTPUTモード)
// これがないと "expected unqualified-id before '.' token" エラーになります
I2S i2s(OUTPUT); 

const int I2S_BCLK_PIN = 26;
const int I2S_LRCK_PIN = 27;
const int I2S_DOUT_PIN = 28;
const int SAMPLE_RATE = 44100;

// --- シンセサイザー変数 ---
volatile float currentFreq = 0.0;
volatile bool isNoteOn = false;
float phase = 0.0;
float phaseIncrement = 0.0;

// --- USB MIDI Host オブジェクト ---
// USBHostオブジェクトとMidiHostオブジェクトを明示的に作成します
Adafruit_USBH_Host USBHost;
Adafruit_USBH_Midi MidiHost;

// --- 関数プロトタイプ ---
void noteOn(uint8_t channel, uint8_t pitch, uint8_t velocity);
void noteOff(uint8_t channel, uint8_t pitch, uint8_t velocity);

// --- セットアップ (Core 0) ---
void setup() {
  Serial.begin(115200);

  // 1. LCD初期化
  tft.init(240, 240);
  tft.setRotation(2);
  tft.fillScreen(ST77XX_BLACK);
  tft.setTextColor(ST77XX_WHITE);
  tft.setTextSize(2);
  tft.setCursor(10, 10);
  tft.println("USB Synth v1.0.2");

  // 2. I2S初期化
  // クラス(I2S)ではなく、インスタンス(i2s)を使います
  i2s.setBCLK(I2S_BCLK_PIN);
  i2s.setDATA(I2S_DOUT_PIN);
  i2s.setBitsPerSample(16);
  
  if (!i2s.begin(SAMPLE_RATE)) {
    tft.println("I2S Init Failed!");
    while (1);
  }

  // 3. USB MIDI Host初期化
  USBHost.begin(0);
  
  MidiHost.setNoteOnCallback(noteOn);
  MidiHost.setNoteOffCallback(noteOff);
  MidiHost.begin();
}

// --- メインループ (Core 0) ---
void loop() {
  USBHost.task();
  MidiHost.read();
}

// --- MIDI ノートON ---
void noteOn(uint8_t channel, uint8_t pitch, uint8_t velocity) {
  if (velocity == 0) {
    noteOff(channel, pitch, velocity);
    return;
  }
  
  currentFreq = 440.0 * pow(2.0, (pitch - 69.0) / 12.0);
  phaseIncrement = currentFreq / (float)SAMPLE_RATE;
  isNoteOn = true;

  tft.fillScreen(ST77XX_BLACK);
  tft.setCursor(10, 50);
  tft.print("Note: ");
  tft.println(pitch);
  tft.print("Freq: ");
  tft.println(currentFreq);
}

// --- MIDI ノートOFF ---
void noteOff(uint8_t channel, uint8_t pitch, uint8_t velocity) {
  isNoteOn = false;
  tft.fillScreen(ST77XX_BLACK);
  tft.setCursor(10, 50);
  tft.println("Release");
}

// --- オーディオ処理 (Core 1) ---
void setup1() {
  delay(100); 
}

void loop1() {
  int16_t sample = 0;

  if (isNoteOn) {
    phase += phaseIncrement;
    if (phase >= 1.0) phase -= 1.0;
    sample = (int16_t)((phase * 65535.0) - 32768.0);
  } else {
    sample = 0;
    phase = 0;
  }

  // writeもインスタンス(i2s)経由で呼び出します
  i2s.write(sample);
  i2s.write(sample);
}