RP-HAL项目中PIO在核心1运行失败的栈溢出问题分析

问题现象

在RP-HAL项目中使用PIO(可编程输入输出)模块时，开发者遇到了一个奇怪的现象：当PIO代码运行在Raspberry Pi Pico的core1(核心1)上时，程序会完全锁死，所有在core1上执行的代码都会停止，且无法通过defmt输出任何调试信息。然而同样的PIO代码在core0(核心0)上却能正常工作。

这个问题出现在基于ST7789 LCD驱动示例的代码中，该示例原本来自pico-examples仓库。值得注意的是，虽然ST7789驱动在C语言环境下可以在core1上正常工作，但在Rust实现中却出现了问题。

问题根源

经过分析，问题的根本原因是栈空间不足导致的栈溢出。具体来说：

1. 在代码中，core1的栈被定义为只有4K字(16KB)大小
2. 而ST7789对象中包含了一个帧缓冲区(frame buffer)，这个缓冲区的大小约为150KB
3. 当这个大对象被分配到core1的小栈上时，就发生了栈溢出

技术细节

在嵌入式系统中，每个核心都有自己的栈空间。在RP2040双核处理器(Raspberry Pi Pico使用的芯片)中：

• core0和core1有各自独立的栈
• 默认情况下，core1的栈大小需要显式配置
• 大对象的局部变量会尝试在栈上分配空间

在本案例中，开发者使用了如下栈定义：

static mut CORE1_STACK: Stack<4096> = Stack::new();

这个定义只提供了4K字(16KB)的栈空间，而ST7789驱动中的帧缓冲区远大于此值，导致了栈溢出。

解决方案

解决这个问题的方法很简单：增加core1的栈大小。可以将栈定义修改为：

static mut CORE1_STACK: Stack<32768> = Stack::new(); // 32K字=128KB

或者根据实际需要的帧缓冲区大小来配置更大的栈空间。

调试建议

这类栈溢出问题在嵌入式开发中比较常见，但调试起来可能比较困难，因为：

1. 栈溢出可能导致HardFault(硬件错误)
2. HardFault处理程序本身也需要栈空间，可能无法正常运行
3. 调试输出(defmt)可能无法正常工作

对于这类问题，建议的调试方法包括：

1. 使用GDB进行单步调试
2. 预先计算并确保栈空间足够大
3. 对于大对象，考虑使用静态分配或堆分配
4. 在代码中添加栈使用量检查

总结

在RP-HAL项目中使用PIO模块时，特别是当代码运行在core1上时，开发者需要特别注意栈空间的配置。对于包含大缓冲区或大对象的应用，必须确保为每个核心分配足够的栈空间，否则可能导致难以调试的运行时错误。通过合理配置栈大小和使用适当的调试工具，可以有效避免和解决这类问题。