在面向对象的程序设计中，可以为某一类相似的事物定义一个基类，而具体的事物可以继承这个基类中的函数。如果对于继承的这个事物而言，其某函数的实 现与基类一致，那它就可以直接继承基类的函数；相反，它可以重载之。这种面向对象的设计思想极大地提高了代码的可重用能力，是对现实世界事物间关系的一种 良好呈现。

Linux内核完全由C语言和汇编语言写成，但是却频繁用到了面向对象的设计思想。在设备驱动方面，往往为同类的设备设计了一个框架，而框架中的核 心层则实现了该设备通用的一些功能。同样的，如果具体的设备不想使用核心层的函数，它可以重载之。举个例子：

return_type core_funca(xxx_device * bottom_dev, param1_type param1, param1_type param2)

{

if (bottom_dev->funca)

return bottom_dev->funca(param1, param2);

/* 核心层通用的funca代码 */

...

}

上述core_funca的实现中，会检查底层设备是否重载了funca()，如果重载了，就调用底层的代码，否则，直接使用通用层的。这样做的好 处是，核心层的代码可以处理绝大多数该类设备的funca()对应的功能，只有少数特殊设备需要重新实现funca()。

再看一个例子：

return_type core_funca(xxx_device * bottom_dev, param1_type param1, param1_type param2)

{

/*通用的步骤代码A */

...

bottom_dev->funca_ops1();

/*通用的步骤代码B */

...

bottom_dev->funca_ops2();

/*通用的步骤代码C */

...

bottom_dev->funca_ops3();

}

上述代码假定为了实现funca()，对于同类设备而言，操作流程一致，都要经过“通用代码A、底层ops1、通用代码B、底层ops2、通用代码 C、底层ops3”这几步，分层设计明显带来的好处是，对于通用代码A、B、C，具体的底层驱动不需要再实现，而仅仅只关心其底层的操作ops1、 ops2、ops3。

图1明确反映了设备驱动的核心层与具体设备驱动的关系，实际上，这种分层可能只有2层（图1的a），也可能是多层的（图1的b）。

图1 Linux设备驱动的分层

这样的分层化设计在Linux的input、RTC、MTD、I² C、SPI、TTY、USB等诸多设备驱动类型中屡见不鲜。下面的2节以input和RTC为例先行进行一番说明，当然，后续的章节会对几个大的设备类型 对应驱动的层次进行更详细的分析。

输入设备（如按键、键盘、触摸屏、鼠标等）是典型的字符设备，其一般的工作机理是底层在按键、触摸等动作发送时产生一个中断（或驱动通过timer 定时查询），然后CPU通过SPI、I² C或外部存储器总线读取键值、坐标等数据，放入1个缓冲区，字符设备驱动管理该缓冲区，而驱动的read()接口让用户可以读取键值、坐标等数据。

显然，在这些工作中，只是中断、读值是设备相关的，而输入事件的缓冲区管理以及字符设备驱动的file_operations接口则对输入设备是通 用的。基于此，内核设计了输入子系统，由核心层处理公共的工作。Linux内核输入子系统的框架如图2所示。

图2 Linux输入设备驱动的分层

输入核心提供了底层输入设备驱动程序所需的API，如分配/释放一个输入设备：

struct input_dev *input_allocate_device(void);

void input_free_device(struct input_dev *dev);

input_allocate_device()返回的是1个input_dev的结构体，此结构体用于表征1个输入设备。

注册/注销输入设备用的如下接口：

int __must_check input_register_device(struct input_dev *);

void input_unregister_device(struct input_dev *);

报告输入事件用的如下接口：

/* 报告指定type、code的输入事件 */

void input_event(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code, int value);

/* 报告键值 */

void input_report_key(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);

/* 报告相对坐标 */

void input_report_rel(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);

/* 报告绝对坐标 */

void input_report_abs(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);

/* 报告同步事件 */

void input_sync(struct input_dev *dev);

而所有的输入事件，内核都用统一的数据结构来描述，这个数据结构是input_event，形如代码清单7。

代码清单7 input_event结构体

1 struct input_event {

2 struct timeval time;

3 __u16 type;

4 __u16 code;

5 __s32 value;

6 };

drivers/input/keyboard/gpio_keys.c基于input架构实现了一个通用的GPIO按键驱动。该驱动基于 platform_driver架构，名为“gpio-keys”。它将硬件相关的信息（如使用的GPIO号，电平等）屏蔽在板文件 platform_device的platform_data中，因此该驱动可应用于各个处理器，具有良好的跨平台性。代码清单8列出了该驱动的 probe()函数。

代码清单8 GPIO按键驱动的probe()函数

1 static int __devinit gpio_keys_probe(struct platform_device *pdev)

2 {

3 struct gpio_keys_platform_data *pdata = pdev->dev.platform_data;

4 struct gpio_keys_drvdata *ddata;

5 struct input_dev *input;

6 int i, error;

7 int wakeup = 0;

8

9 ddata = kzalloc(sizeof(struct gpio_keys_drvdata) +

10 pdata->nbuttons * sizeof(struct gpio_button_data),

11 GFP_KERNEL);

13 if (!ddata || !input) {

14 error = -ENOMEM;

15 goto fail1;

16 }

17

18 platform_set_drvdata(pdev, ddata);

19

20 input->name = pdev->name;

21 input->phys = "gpio-keys/input0";

22 input->dev.parent = &pdev->dev;

23

24 input->id.bustype = BUS_HOST;

25 input->id.vendor = 0x0001;

26 input->id.product = 0x0001;

27 input->id.version = 0x0100;

28

29 ddata->input = input;

30

31 for (i = 0; i < pdata->nbuttons; i++) {

32 struct gpio_keys_button *button = &pdata->buttons[i];

33 struct gpio_button_data *bdata = &ddata->data[i];

34 int irq;

35 unsigned int type = button->type ?: EV_KEY;

36

37 bdata->input = input;

38 bdata->button = button;

39 setup_timer(&bdata->timer,

40 gpio_check_button, (unsigned long)bdata);

41

42 ...

43 error = request_irq(irq, gpio_keys_isr,

44 IRQF_SAMPLE_RANDOM | IRQF_TRIGGER_RISING |

45 IRQF_TRIGGER_FALLING,

46 button->desc ? button->desc : "gpio_keys",

47 bdata);

48 if (error) {

49 ...

50 }

51

52 if (button->wakeup)

53 wakeup = 1;

54

56 }

57

59 if (error) {

60 pr_err("gpio-keys: Unable to register input device, "

61 "error: %d\n", error);

62 goto fail2;

63 }

64

65 device_init_wakeup(&pdev->dev, wakeup);

66

67 return 0;

68 ...

69 }

上述代码的第12行分配了1个输入设备，第20~27行初始化了该input_dev的一些属性，第58行注册了这个输入设备。第31~56行则申 请了此GPIO按键设备需要的中断号，并初始化了timer。第55行设置此输入设备可告知的事情。

在注册输入设备后，底层输入设备驱动的核心工作只剩下在按键、触摸等人为动作发生的时候，报告事件。代码清单9列出了GPIO按键中断发生时的事件 报告代码。

代码清单9 GPIO按键中断发生时的事件报告

1 static void gpio_keys_report_event(struct gpio_button_data *bdata)

2 {

3 struct gpio_keys_button *button = bdata->button;

4 struct input_dev *input = bdata->input;

5 unsigned int type = button->type ?: EV_KEY;

6 int state = (gpio_get_value(button->gpio) ? 1 : 0) ^ button->active_low;

7

10 }

11

12 static irqreturn_t gpio_keys_isr(int irq, void *dev_id)

13 {

14 struct gpio_button_data *bdata = dev_id;

15 struct gpio_keys_button *button = bdata->button;

16

17 BUG_ON(irq != gpio_to_irq(button->gpio));

18

19 if (button->debounce_interval)

20 mod_timer(&bdata->timer,

21 jiffies + msecs_to_jiffies(button->debounce_interval));

22 else

23 gpio_keys_report_event(bdata);

24

25 return IRQ_HANDLED;

26 }

第8行是报告键值，而第9行是1个同步事件，暗示前面报告的消息属于1个消息组。譬如用户在报告完X坐标后，又报告Y坐标，之后报告1个同步事件， 应用程序即可知道前面报告的X、Y这2个事件属于1组，它会将2者联合起来形成1个（X,Y）的坐标。

代码清单8第2行获取platform_data，而platform_data实际上是定义GPIO按键硬件信息的数组，第31行的for循环工 具这些信息申请GPIO并初始化中断，对于LDD6140电路板而言，这些信息如代码清单10。

代码清单10 LDD6410开发板GPIO按键的platform_data

1 static struct gpio_keys_button ldd6410_buttons[] = {

2 {

3 .gpio = S3C64XX_GPN(0),

4 .code = KEY_DOWN,

5 .desc = "Down",

6 .active_low = 1,

7 },

8 {

9 .gpio = S3C64XX_GPN(1),

10 .code = KEY_ENTER,

11 .desc = "Enter",

12 .active_low = 1,

13 .wakeup = 1,

14 },

15 {

16 .gpio = S3C64XX_GPN(2),

17 .code = KEY_HOME,

18 .desc = "Home",

19 .active_low = 1,

20 },

21 {

22 .gpio = S3C64XX_GPN(3),

23 .code = KEY_POWER,

24 .desc = "Power",

25 .active_low = 1,

26 .wakeup = 1,

27 },

28 {

29 .gpio = S3C64XX_GPN(4),

30 .code = KEY_TAB,

31 .desc = "Tab",

32 .active_low = 1,

33 },

34 {

35 .gpio = S3C64XX_GPN(5),

36 .code = KEY_MENU,

37 .desc = "Menu",

38 .active_low = 1,

39 },

40 };

41

42 static struct gpio_keys_platform_data ldd6410_button_data = {

43 .buttons = ldd6410_buttons,

44 .nbuttons = ARRAY_SIZE(ldd6410_buttons),

45 };

46

47 static struct platform_device ldd6410_device_button = {

48 .name = "gpio-keys",

49 .id = -1,

50 .dev = {

51 .platform_data = &ldd6410_button_data,

52 }

53 };

RTC（实时钟）借助电池供电，在系统掉电的情况下依然可以行走。它通常还具有产生周期中断以及产生闹钟（alarm）中断的能力，是一种典型的字 符设备。作为一种字符设备驱动，RTC需要有file_operations中接口函数的实现，如open()、release()、read()、 poll()、ioctl()等，而典型的IOCTL包括RTC_SET_TIME、RTC_ALM_READ、RTC_ALM_SET、 RTC_IRQP_SET、RTC_IRQP_READ等，这些对于所有的RTC是通用的，只有底层的具体实现是设备相关的。

因此，drivers/rtc/rtc-dev.c实现了RTC驱动通用的字符设备驱动层，它实现了file_opearations的成员函数以 及一些关于RTC的通用的控制代码，并向底层导出rtc_device_register()、rtc_device_unregister()用于注册 和注销RTC；导出rtc_class_ops结构体用于描述底层的RTC硬件操作。这一RTC通用层实现的结果是，底层的RTC驱动不再需要关心RTC 作为字符设备驱动的具体实现，也无需关心一些通用的RTC控制逻辑，图3表明了这种关系。

图3 Linux RTC设备驱动的分层

drivers/rtc/rtc-s3c.c实现了S3C6410的RTC驱动，其注册RTC以及绑定的rtc_class_ops的代码如代码清 单11。

代码清单11 S3C6410 RTC驱动的rtc_class_ops实例与RTC注册

2 .open = s3c_rtc_open,

3 .release = s3c_rtc_release,

4 .ioctl = s3c_rtc_ioctl,

5 .read_time = s3c_rtc_gettime,

6 .set_time = s3c_rtc_settime,

7 .read_alarm = s3c_rtc_getalarm,

8 .set_alarm = s3c_rtc_setalarm,

9 .irq_set_freq = s3c_rtc_setfreq,

10 .irq_set_state = s3c_rtc_setpie,

11 .proc = s3c_rtc_proc,

12 };

13

14 static int s3c_rtc_probe(struct platform_device *pdev)

15 {

16 ...

18 THIS_MODULE);

19 ...

20 }