Merge tag 'for-5.11/dm-fix' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/device...
[linux-2.6-microblaze.git] / Documentation / kbuild / modules.rst
1 =========================
2 Building External Modules
3 =========================
4
5 This document describes how to build an out-of-tree kernel module.
6
7 .. Table of Contents
8
9         === 1 Introduction
10         === 2 How to Build External Modules
11            --- 2.1 Command Syntax
12            --- 2.2 Options
13            --- 2.3 Targets
14            --- 2.4 Building Separate Files
15         === 3. Creating a Kbuild File for an External Module
16            --- 3.1 Shared Makefile
17            --- 3.2 Separate Kbuild file and Makefile
18            --- 3.3 Binary Blobs
19            --- 3.4 Building Multiple Modules
20         === 4. Include Files
21            --- 4.1 Kernel Includes
22            --- 4.2 Single Subdirectory
23            --- 4.3 Several Subdirectories
24         === 5. Module Installation
25            --- 5.1 INSTALL_MOD_PATH
26            --- 5.2 INSTALL_MOD_DIR
27         === 6. Module Versioning
28            --- 6.1 Symbols From the Kernel (vmlinux + modules)
29            --- 6.2 Symbols and External Modules
30            --- 6.3 Symbols From Another External Module
31         === 7. Tips & Tricks
32            --- 7.1 Testing for CONFIG_FOO_BAR
33
34
35
36 1. Introduction
37 ===============
38
39 "kbuild" is the build system used by the Linux kernel. Modules must use
40 kbuild to stay compatible with changes in the build infrastructure and
41 to pick up the right flags to "gcc." Functionality for building modules
42 both in-tree and out-of-tree is provided. The method for building
43 either is similar, and all modules are initially developed and built
44 out-of-tree.
45
46 Covered in this document is information aimed at developers interested
47 in building out-of-tree (or "external") modules. The author of an
48 external module should supply a makefile that hides most of the
49 complexity, so one only has to type "make" to build the module. This is
50 easily accomplished, and a complete example will be presented in
51 section 3.
52
53
54 2. How to Build External Modules
55 ================================
56
57 To build external modules, you must have a prebuilt kernel available
58 that contains the configuration and header files used in the build.
59 Also, the kernel must have been built with modules enabled. If you are
60 using a distribution kernel, there will be a package for the kernel you
61 are running provided by your distribution.
62
63 An alternative is to use the "make" target "modules_prepare." This will
64 make sure the kernel contains the information required. The target
65 exists solely as a simple way to prepare a kernel source tree for
66 building external modules.
67
68 NOTE: "modules_prepare" will not build Module.symvers even if
69 CONFIG_MODVERSIONS is set; therefore, a full kernel build needs to be
70 executed to make module versioning work.
71
72 2.1 Command Syntax
73 ==================
74
75         The command to build an external module is::
76
77                 $ make -C <path_to_kernel_src> M=$PWD
78
79         The kbuild system knows that an external module is being built
80         due to the "M=<dir>" option given in the command.
81
82         To build against the running kernel use::
83
84                 $ make -C /lib/modules/`uname -r`/build M=$PWD
85
86         Then to install the module(s) just built, add the target
87         "modules_install" to the command::
88
89                 $ make -C /lib/modules/`uname -r`/build M=$PWD modules_install
90
91 2.2 Options
92 ===========
93
94         ($KDIR refers to the path of the kernel source directory.)
95
96         make -C $KDIR M=$PWD
97
98         -C $KDIR
99                 The directory where the kernel source is located.
100                 "make" will actually change to the specified directory
101                 when executing and will change back when finished.
102
103         M=$PWD
104                 Informs kbuild that an external module is being built.
105                 The value given to "M" is the absolute path of the
106                 directory where the external module (kbuild file) is
107                 located.
108
109 2.3 Targets
110 ===========
111
112         When building an external module, only a subset of the "make"
113         targets are available.
114
115         make -C $KDIR M=$PWD [target]
116
117         The default will build the module(s) located in the current
118         directory, so a target does not need to be specified. All
119         output files will also be generated in this directory. No
120         attempts are made to update the kernel source, and it is a
121         precondition that a successful "make" has been executed for the
122         kernel.
123
124         modules
125                 The default target for external modules. It has the
126                 same functionality as if no target was specified. See
127                 description above.
128
129         modules_install
130                 Install the external module(s). The default location is
131                 /lib/modules/<kernel_release>/extra/, but a prefix may
132                 be added with INSTALL_MOD_PATH (discussed in section 5).
133
134         clean
135                 Remove all generated files in the module directory only.
136
137         help
138                 List the available targets for external modules.
139
140 2.4 Building Separate Files
141 ===========================
142
143         It is possible to build single files that are part of a module.
144         This works equally well for the kernel, a module, and even for
145         external modules.
146
147         Example (The module foo.ko, consist of bar.o and baz.o)::
148
149                 make -C $KDIR M=$PWD bar.lst
150                 make -C $KDIR M=$PWD baz.o
151                 make -C $KDIR M=$PWD foo.ko
152                 make -C $KDIR M=$PWD ./
153
154
155 3. Creating a Kbuild File for an External Module
156 ================================================
157
158 In the last section we saw the command to build a module for the
159 running kernel. The module is not actually built, however, because a
160 build file is required. Contained in this file will be the name of
161 the module(s) being built, along with the list of requisite source
162 files. The file may be as simple as a single line::
163
164         obj-m := <module_name>.o
165
166 The kbuild system will build <module_name>.o from <module_name>.c,
167 and, after linking, will result in the kernel module <module_name>.ko.
168 The above line can be put in either a "Kbuild" file or a "Makefile."
169 When the module is built from multiple sources, an additional line is
170 needed listing the files::
171
172         <module_name>-y := <src1>.o <src2>.o ...
173
174 NOTE: Further documentation describing the syntax used by kbuild is
175 located in Documentation/kbuild/makefiles.rst.
176
177 The examples below demonstrate how to create a build file for the
178 module 8123.ko, which is built from the following files::
179
180         8123_if.c
181         8123_if.h
182         8123_pci.c
183         8123_bin.o_shipped      <= Binary blob
184
185 3.1 Shared Makefile
186 -------------------
187
188         An external module always includes a wrapper makefile that
189         supports building the module using "make" with no arguments.
190         This target is not used by kbuild; it is only for convenience.
191         Additional functionality, such as test targets, can be included
192         but should be filtered out from kbuild due to possible name
193         clashes.
194
195         Example 1::
196
197                 --> filename: Makefile
198                 ifneq ($(KERNELRELEASE),)
199                 # kbuild part of makefile
200                 obj-m  := 8123.o
201                 8123-y := 8123_if.o 8123_pci.o 8123_bin.o
202
203                 else
204                 # normal makefile
205                 KDIR ?= /lib/modules/`uname -r`/build
206
207                 default:
208                         $(MAKE) -C $(KDIR) M=$$PWD
209
210                 # Module specific targets
211                 genbin:
212                         echo "X" > 8123_bin.o_shipped
213
214                 endif
215
216         The check for KERNELRELEASE is used to separate the two parts
217         of the makefile. In the example, kbuild will only see the two
218         assignments, whereas "make" will see everything except these
219         two assignments. This is due to two passes made on the file:
220         the first pass is by the "make" instance run on the command
221         line; the second pass is by the kbuild system, which is
222         initiated by the parameterized "make" in the default target.
223
224 3.2 Separate Kbuild File and Makefile
225 -------------------------------------
226
227         In newer versions of the kernel, kbuild will first look for a
228         file named "Kbuild," and only if that is not found, will it
229         then look for a makefile. Utilizing a "Kbuild" file allows us
230         to split up the makefile from example 1 into two files:
231
232         Example 2::
233
234                 --> filename: Kbuild
235                 obj-m  := 8123.o
236                 8123-y := 8123_if.o 8123_pci.o 8123_bin.o
237
238                 --> filename: Makefile
239                 KDIR ?= /lib/modules/`uname -r`/build
240
241                 default:
242                         $(MAKE) -C $(KDIR) M=$$PWD
243
244                 # Module specific targets
245                 genbin:
246                         echo "X" > 8123_bin.o_shipped
247
248         The split in example 2 is questionable due to the simplicity of
249         each file; however, some external modules use makefiles
250         consisting of several hundred lines, and here it really pays
251         off to separate the kbuild part from the rest.
252
253         The next example shows a backward compatible version.
254
255         Example 3::
256
257                 --> filename: Kbuild
258                 obj-m  := 8123.o
259                 8123-y := 8123_if.o 8123_pci.o 8123_bin.o
260
261                 --> filename: Makefile
262                 ifneq ($(KERNELRELEASE),)
263                 # kbuild part of makefile
264                 include Kbuild
265
266                 else
267                 # normal makefile
268                 KDIR ?= /lib/modules/`uname -r`/build
269
270                 default:
271                         $(MAKE) -C $(KDIR) M=$$PWD
272
273                 # Module specific targets
274                 genbin:
275                         echo "X" > 8123_bin.o_shipped
276
277                 endif
278
279         Here the "Kbuild" file is included from the makefile. This
280         allows an older version of kbuild, which only knows of
281         makefiles, to be used when the "make" and kbuild parts are
282         split into separate files.
283
284 3.3 Binary Blobs
285 ----------------
286
287         Some external modules need to include an object file as a blob.
288         kbuild has support for this, but requires the blob file to be
289         named <filename>_shipped. When the kbuild rules kick in, a copy
290         of <filename>_shipped is created with _shipped stripped off,
291         giving us <filename>. This shortened filename can be used in
292         the assignment to the module.
293
294         Throughout this section, 8123_bin.o_shipped has been used to
295         build the kernel module 8123.ko; it has been included as
296         8123_bin.o::
297
298                 8123-y := 8123_if.o 8123_pci.o 8123_bin.o
299
300         Although there is no distinction between the ordinary source
301         files and the binary file, kbuild will pick up different rules
302         when creating the object file for the module.
303
304 3.4 Building Multiple Modules
305 =============================
306
307         kbuild supports building multiple modules with a single build
308         file. For example, if you wanted to build two modules, foo.ko
309         and bar.ko, the kbuild lines would be::
310
311                 obj-m := foo.o bar.o
312                 foo-y := <foo_srcs>
313                 bar-y := <bar_srcs>
314
315         It is that simple!
316
317
318 4. Include Files
319 ================
320
321 Within the kernel, header files are kept in standard locations
322 according to the following rule:
323
324         * If the header file only describes the internal interface of a
325           module, then the file is placed in the same directory as the
326           source files.
327         * If the header file describes an interface used by other parts
328           of the kernel that are located in different directories, then
329           the file is placed in include/linux/.
330
331           NOTE:
332               There are two notable exceptions to this rule: larger
333               subsystems have their own directory under include/, such as
334               include/scsi; and architecture specific headers are located
335               under arch/$(SRCARCH)/include/.
336
337 4.1 Kernel Includes
338 -------------------
339
340         To include a header file located under include/linux/, simply
341         use::
342
343                 #include <linux/module.h>
344
345         kbuild will add options to "gcc" so the relevant directories
346         are searched.
347
348 4.2 Single Subdirectory
349 -----------------------
350
351         External modules tend to place header files in a separate
352         include/ directory where their source is located, although this
353         is not the usual kernel style. To inform kbuild of the
354         directory, use either ccflags-y or CFLAGS_<filename>.o.
355
356         Using the example from section 3, if we moved 8123_if.h to a
357         subdirectory named include, the resulting kbuild file would
358         look like::
359
360                 --> filename: Kbuild
361                 obj-m := 8123.o
362
363                 ccflags-y := -Iinclude
364                 8123-y := 8123_if.o 8123_pci.o 8123_bin.o
365
366         Note that in the assignment there is no space between -I and
367         the path. This is a limitation of kbuild: there must be no
368         space present.
369
370 4.3 Several Subdirectories
371 --------------------------
372
373         kbuild can handle files that are spread over several directories.
374         Consider the following example::
375
376                 .
377                 |__ src
378                 |   |__ complex_main.c
379                 |   |__ hal
380                 |       |__ hardwareif.c
381                 |       |__ include
382                 |           |__ hardwareif.h
383                 |__ include
384                 |__ complex.h
385
386         To build the module complex.ko, we then need the following
387         kbuild file::
388
389                 --> filename: Kbuild
390                 obj-m := complex.o
391                 complex-y := src/complex_main.o
392                 complex-y += src/hal/hardwareif.o
393
394                 ccflags-y := -I$(src)/include
395                 ccflags-y += -I$(src)/src/hal/include
396
397         As you can see, kbuild knows how to handle object files located
398         in other directories. The trick is to specify the directory
399         relative to the kbuild file's location. That being said, this
400         is NOT recommended practice.
401
402         For the header files, kbuild must be explicitly told where to
403         look. When kbuild executes, the current directory is always the
404         root of the kernel tree (the argument to "-C") and therefore an
405         absolute path is needed. $(src) provides the absolute path by
406         pointing to the directory where the currently executing kbuild
407         file is located.
408
409
410 5. Module Installation
411 ======================
412
413 Modules which are included in the kernel are installed in the
414 directory:
415
416         /lib/modules/$(KERNELRELEASE)/kernel/
417
418 And external modules are installed in:
419
420         /lib/modules/$(KERNELRELEASE)/extra/
421
422 5.1 INSTALL_MOD_PATH
423 --------------------
424
425         Above are the default directories but as always some level of
426         customization is possible. A prefix can be added to the
427         installation path using the variable INSTALL_MOD_PATH::
428
429                 $ make INSTALL_MOD_PATH=/frodo modules_install
430                 => Install dir: /frodo/lib/modules/$(KERNELRELEASE)/kernel/
431
432         INSTALL_MOD_PATH may be set as an ordinary shell variable or,
433         as shown above, can be specified on the command line when
434         calling "make." This has effect when installing both in-tree
435         and out-of-tree modules.
436
437 5.2 INSTALL_MOD_DIR
438 -------------------
439
440         External modules are by default installed to a directory under
441         /lib/modules/$(KERNELRELEASE)/extra/, but you may wish to
442         locate modules for a specific functionality in a separate
443         directory. For this purpose, use INSTALL_MOD_DIR to specify an
444         alternative name to "extra."::
445
446                 $ make INSTALL_MOD_DIR=gandalf -C $KDIR \
447                        M=$PWD modules_install
448                 => Install dir: /lib/modules/$(KERNELRELEASE)/gandalf/
449
450
451 6. Module Versioning
452 ====================
453
454 Module versioning is enabled by the CONFIG_MODVERSIONS tag, and is used
455 as a simple ABI consistency check. A CRC value of the full prototype
456 for an exported symbol is created. When a module is loaded/used, the
457 CRC values contained in the kernel are compared with similar values in
458 the module; if they are not equal, the kernel refuses to load the
459 module.
460
461 Module.symvers contains a list of all exported symbols from a kernel
462 build.
463
464 6.1 Symbols From the Kernel (vmlinux + modules)
465 -----------------------------------------------
466
467         During a kernel build, a file named Module.symvers will be
468         generated. Module.symvers contains all exported symbols from
469         the kernel and compiled modules. For each symbol, the
470         corresponding CRC value is also stored.
471
472         The syntax of the Module.symvers file is::
473
474                 <CRC>       <Symbol>         <Module>                         <Export Type>     <Namespace>
475
476                 0xe1cc2a05  usb_stor_suspend drivers/usb/storage/usb-storage  EXPORT_SYMBOL_GPL USB_STORAGE
477
478         The fields are separated by tabs and values may be empty (e.g.
479         if no namespace is defined for an exported symbol).
480
481         For a kernel build without CONFIG_MODVERSIONS enabled, the CRC
482         would read 0x00000000.
483
484         Module.symvers serves two purposes:
485
486         1) It lists all exported symbols from vmlinux and all modules.
487         2) It lists the CRC if CONFIG_MODVERSIONS is enabled.
488
489 6.2 Symbols and External Modules
490 --------------------------------
491
492         When building an external module, the build system needs access
493         to the symbols from the kernel to check if all external symbols
494         are defined. This is done in the MODPOST step. modpost obtains
495         the symbols by reading Module.symvers from the kernel source
496         tree. During the MODPOST step, a new Module.symvers file will be
497         written containing all exported symbols from that external module.
498
499 6.3 Symbols From Another External Module
500 ----------------------------------------
501
502         Sometimes, an external module uses exported symbols from
503         another external module. Kbuild needs to have full knowledge of
504         all symbols to avoid spitting out warnings about undefined
505         symbols. Two solutions exist for this situation.
506
507         NOTE: The method with a top-level kbuild file is recommended
508         but may be impractical in certain situations.
509
510         Use a top-level kbuild file
511                 If you have two modules, foo.ko and bar.ko, where
512                 foo.ko needs symbols from bar.ko, you can use a
513                 common top-level kbuild file so both modules are
514                 compiled in the same build. Consider the following
515                 directory layout::
516
517                         ./foo/ <= contains foo.ko
518                         ./bar/ <= contains bar.ko
519
520                 The top-level kbuild file would then look like::
521
522                         #./Kbuild (or ./Makefile):
523                                 obj-m := foo/ bar/
524
525                 And executing::
526
527                         $ make -C $KDIR M=$PWD
528
529                 will then do the expected and compile both modules with
530                 full knowledge of symbols from either module.
531
532         Use "make" variable KBUILD_EXTRA_SYMBOLS
533                 If it is impractical to add a top-level kbuild file,
534                 you can assign a space separated list
535                 of files to KBUILD_EXTRA_SYMBOLS in your build file.
536                 These files will be loaded by modpost during the
537                 initialization of its symbol tables.
538
539
540 7. Tips & Tricks
541 ================
542
543 7.1 Testing for CONFIG_FOO_BAR
544 ------------------------------
545
546         Modules often need to check for certain `CONFIG_` options to
547         decide if a specific feature is included in the module. In
548         kbuild this is done by referencing the `CONFIG_` variable
549         directly::
550
551                 #fs/ext2/Makefile
552                 obj-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2.o
553
554                 ext2-y := balloc.o bitmap.o dir.o
555                 ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_XATTR) += xattr.o
556
557         External modules have traditionally used "grep" to check for
558         specific `CONFIG_` settings directly in .config. This usage is
559         broken. As introduced before, external modules should use
560         kbuild for building and can therefore use the same methods as
561         in-tree modules when testing for `CONFIG_` definitions.