实现用户空间 VT 模拟器：恢复 80x25 字符模式的精确时序与兼容性
面向遗留 DOS/Windows 应用，给出用户空间 VT 模拟器的时序、字体和转义序列处理实现参数。
在现代硬件环境下运行遗留 DOS 和早期 Windows 应用时，常常遇到控制台兼容性问题。这些应用原本依赖于 80x25 字符模式的精确时序、字体渲染和转义序列处理，而当代系统的高分辨率显示和加速图形栈往往导致行为偏差。用户空间 VT（Virtual Terminal）模拟器提供了一种高效解决方案，通过软件层模拟经典文本模式，避免内核修改的复杂性。这种方法的核心在于恢复历史准确性，同时适配现代性能需求。
要实现精确的 80x25 字符模式，首先需理解其技术基础。80x25 模式源于 IBM PC 的 MDA/CGA 时代，使用 720x400 像素分辨率，字符单元为 9x16 像素网格，支持 16 色文本属性。该模式下，控制台刷新率固定在约 60Hz，光标闪烁周期为 1/30 秒。遗留应用如 Turbo Pascal 或早期批处理脚本依赖这些时序来同步 I/O 操作，例如串口通信或屏幕滚动动画。现代 Linux 或 Windows 子系统（如 WSL）中，默认终端如 GNOME Terminal 或 Windows Console Host 已优化为 GPU 加速，但忽略了这些微秒级延迟，导致应用崩溃或显示错乱。
证据显示，DOSBox 等开源模拟器已证明用户空间方法的可行性。DOSBox 通过动态时序调整模拟 8086 CPU 和 VGA 硬件，成功运行数千款遗留软件。在 VT 模拟中，类似 libvterm 库（一个纯 C 实现的终端仿真器）可作为基础，它支持 VT100/VT220 标准，并精确处理 ANSI 转义序列如 CSI (Control Sequence Introducer) 用于光标定位和颜色设置。研究表明，使用 libvterm 可以将转义序列解析延迟控制在 50μs 以内，接近原生硬件。
实现时，关键是构建一个用户空间进程，拦截应用对控制台的系统调用（如 ioctl(TIOCGWINSZ) 获取窗口大小），并映射到模拟缓冲区。步骤如下：首先，配置模拟窗口固定为 80 列 x 25 行，使用固定宽度字体如 Terminus 16pt，确保每个字符占用精确 9x16 像素（水平间距 1 像素，垂直间距 2 像素）。对于时序恢复，引入一个事件循环，使用 nanosleep() 模拟垂直同步间隔：每行刷新耗时约 16.67ms（60Hz / 25 行），总帧时 16.67ms。光标处理需支持插入/删除模式（IRM/DEM），并以 530ms 周期闪烁（on 1/30s, off 1/30s）。
字体度量是另一个焦点。遗留应用使用代码页 437 (CP437) 字体，包含块图形字符如 ▓ 和 ♥。在模拟器中，加载 bitmap 字体文件（如 IBM VGA 9x14），并通过 FreeType 库渲染为纹理，避免矢量缩放失真。参数设置：字重 400（正常），行高 18 像素（含间距），确保在高 DPI 屏幕上使用整数缩放（如 100% 或 200%）。证据来自 PCem 模拟器项目，它通过精确字体映射运行 Windows 3.1 应用无 artifact。
转义序列处理需全面支持 VT52 到 VT220 标准。核心是状态机解析器，处理序列如 ESC [ 2J（清屏）、ESC [ H（光标归零）和 SGR（选择图形渲染）参数。落地清单：1) 使用状态机库如 Ragel 生成解析器，定义 256 状态覆盖 DECSLRM（选择水平滚动区域）和 DECSC（保存光标）；2) 对于遗留 DOS 应用，额外支持 BIOS 视频中断模拟，如 INT 10h AH=0Eh（写字符）；3) 缓冲区采用双层：可见层（80x25 字符 + 属性）和隐藏层，用于滚动优化，滚动时仅 memcpy 4KB 数据（80252 字节/字符 + 属性）。
性能优化至关重要。精确时序模拟可能导致 CPU 占用率达 20-30% 在低端硬件上。为缓解，使用多线程：渲染线程独立于输入线程，输入事件通过 epoll 监控。监控要点包括：帧率稳定在 60FPS（使用 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC) 测量），延迟 <10ms（从输入到显示）。如果时序偏差超过 5%，应用回滚到加速模式（忽略精确刷新，使用 vsync）。
风险包括兼容性边缘案例，如某些应用依赖硬件特定 IRQ 时序（e.g., 定时器中断 18.2Hz）。限制造成应用挂起，但通过配置开关（如 --precise-timing=false）可回滚。测试清单：运行 DOOM shareware（文本模式变体）、Norton Commander，并验证转义序列如 ESC [ 31m（红色文本）正确渲染。
在实际部署中，集成到容器如 Docker：运行模拟器作为 wrapper，export DISPLAY 到 X11 或 Wayland。参数示例：./vt-emulator --mode=80x25 --font=cp437_9x16.bdf --timing=precise --escape-level=vt220 app.exe。这样的用户空间 VT 模拟器不仅恢复了遗留应用的忠实运行环境，还为现代开发提供兼容层，推动历史软件的持续可用性。通过这些可落地参数，开发者可快速构建原型，并在生产中迭代优化。
（字数：1028）