DOOM 作为经典 DOS 游戏，其音频系统高度优化，但 PC 扬声器（PC Speaker）驱动仅限于音效（SFX），未充分利用定时器中断潜力实现音乐播放。早期担忧实时合成占用过多 CPU 资源干扰游戏逻辑，尤其在 286 上成立，但 486 等处理器足以支撑。逆向工程证明，通过 PIT（8253/8254 可编程间隔定时器）通道 2 生成方波、通道混合，并在中断中处理，可无缝添加音乐而不影响 35Hz 游戏 tick。
PC Speaker 发声依赖 PIT 通道 2（端口 0x42 数据、0x43 控制、0x61 门控）。基础原理：PIT 输入时钟 1.193182 MHz，工作模式 3（方波发生器）下，输出频率 f = 1193180 / N，其中 N 为 16 位除数（低字节先写入）。例如，896 Hz 对应 N=1333（0x0533）。要发声，先读 0x61 保存 bits，出 0x61 (bits | 3) 启用门控；播放后出 (bits & 0xFC) 关闭。DOOM 原生 SFX 使用此机制，但音乐需连续波形合成，故引入中断驱动。
关键挑战：DOOM 主循环以 35Hz tick（PIT ch0 IRQ0，每 55.28ms）驱动游戏逻辑，不能阻塞。解决方案：利用 PIT ch2 中断（或自定义高频 tick）生成采样波形，在 IRQ 中混合多通道音频。参考逆向补丁，使用 pcsp 格式高效编码音乐：每个 32-bit tone cell 含 16-bit 频率（Hz）、4-bit 时长缩放（秒 * 10^-scale）、12-bit 时长值。解码只需整数运算，转为 PIT 调用。
多通道混合实现优先级 mixer，借鉴 DOOM Adlib 驱动基础。架构：
- 采样率与缓冲：目标 7-14 kHz 采样（匹配 PC Speaker 带宽），每 tick 生成 2000-4000 样本。使用环形缓冲（4KB），中断填充。
- 波形生成：每个通道独立 PIT ch2 模拟，或软件 DDS（Direct Digital Synthesis）：phase_acc += freq_step，输出 sin (phase) 近似方波（PC Speaker 仅单声道方波）。
- 混合：浮点无效，DOS 下整数加法：sample = ch1_vol * wave1 + ch2_vol * wave2 + .../max_ch；限幅 [-127,127] 转 0/1。
- 中断集成：挂钩 PIT ch0（35Hz）子中断，或独立 ch2 IRQ（~10kHz）。优先级：SFX > 音乐 > 环境。帖子验证：“运行游戏前后无明显速度差异”。
可落地参数与清单：
- 频率表（常见 DOOM MIDI 转 PCSP）：C4=262Hz (N=4558), E4=330Hz (N=3619), G4=392Hz (N=3045)。全谱预计算：N [f] = 1193180 /f，f 步进 1Hz。
- 时长编码：scale=0 (0.1s 单位)，duration=1000 → 100s；实际 DOOM 曲目～120s，压缩至 1KB。
- 混合阈值：通道数≤4，vol=0-15，mix_gain=16。过载阈值：>15 静音 1 tick。
- 中断周期：主 35Hz 子采样 100Hz（N=11932），总负载 < 5% 486（~50MHz）。
- 集成清单：
- 钩子 I_SoundOut（DOOM source sndserver.c）。
- 加载 pcsp 数据至音乐_buf。
- IRQ 中：decode_next_tone → update_phase → mix → out_pcspkr (sample>0 ? 1:0)。
- 监控：tick_count 溢出复位，FPS 降 < 30 禁用音乐。
- 回滚策略：检测 CPU<10MHz 降单通道；Linux 下 /dev/pcspkr ioctl 兼容。
工程监控要点：
- 性能：IRQ 耗时 < 50us/tick，游戏 FPS 稳定 35。
- 质量：失真 < 10%（方波谐波），动态范围 20dB（vol 阶梯）。
- 兼容：DOSBox/Xenial 模拟 PIT；真实硬件 286+。
此技术不仅复活 DOOM PC Speaker 音乐，还适用于复古合成器。开源 DOOM 源代码与补丁验证可行性，扩展至 Chocolate Doom 等端口。
资料来源：
- LenOwO 论坛帖子：id Software was Lazy - DOOM could have had PC Speaker Music!
- DOOM 源代码（sndserver，PIT 端口知识通用）。
（正文约 950 字）