[Fluid Ardule] I²S DAC 보드에서 소리가 나게 하려면

I²S(Inter-IC Sound)는 디지털 오디오 데이터를 칩 사이에서 전달하기 위한 전용 통신 방식이다. CD 플레이어 내부에서 디지털 오디오 신호를 DAC로 전달하기 위해 널리 사용되는 기술이니 꽤 오래된 전통적인 기술이라고 할 수 있다. 위키백과에 의하면 1986년 필립스 세미컨덕터에 도입되어 1996년 마지막으로 개정되었다고 한다. 활용이 시작된지 무려 40년이나 된 기술이다! I²S라고 쓰는 것이 맞지만 여기에서는 편의상 I2C를 혼용하고자 한다.

본래 I2C는 기기 내부 통신을 위한 인터페이스이지만, 최근에는 라즈베리파이와 같은 보드에서 GPIO를 통해 외부 DAC와 연결하는 방식으로도 활용되고 있다. 전원을 제외하면 단 세 가닥의 선(BCK, LCK, DIN)만으로 고품질 오디오를 구현할 수 있어, 자작 기기 내부에서는 USB 방식보다 구조가 단순하고 지연이 적다는 장점이 있다. 

SCK: continuous serial clock, BCK: bit clock, LCK: left/right clock(LRCK 또는 WS-word select로도 표기), DIN: data in. SCK 바로 곁의 패드를 납땜하면 보드 내부의 클럭을 쓰게 되므로 실제로는 BCK, DIN, LCK 세 개의 핀만 연결하면 된다.

다만 I2S는 신호 무결성에 민감하여 긴 케이블을 사용하기 어렵고, 외부 연결을 위한 표준화된 인터페이스가 없어 범용성은 떨어진다. 반면 USB Audio는 연결성과 안정성 면에서 훨씬 유리하다.

실제 USB DAC 내부에서는 USB로 받은 데이터를 I2S로 변환하여 DAC에 전달하는 구조가 일반적이며, 두 방식은 상호 보완적인 관계로 볼 수 있다.

최근 알리익스프레스에서 단돈 2,900원을 주고 PCM5102A를 사용한 I2S DAC 보드를 두 개 구입하였다. 라즈베리파이의 등장과 더불어 이 칩을 사용한 보드가 이베이나 알리익스프레스에 쏟아져 나오기 시작한 것이 대략 2014년 무렵이라고 하니 뒷북도 이만저만한 뒷북이 아니다. 내가 라즈베리파이 3B를 구입하여 Volumio을 처음 경험한 것이 2021년이었다. 당시에는 오로지 USB DAC만 쓸 생각을 했었다. 

보드에 핀 헤더를 납땜하고 연결한 뒤, 라즈베리파이에서 필요한 설정(/boot/firmware/config.txt 수정)을 마치고 OGG 파일을 재생해 보았다.

그런데 소리가 전혀 나지 않았다. 오류 메시지도 나타나지 않는다. 오디오 재생 프로그램을 실행하는 동안에만 아주 작게 ‘웅-’ 하는 잡음이 들릴 뿐이었다. aplay -l 명령을 내리면 장치 인식은 제대로 된 상태였다. ChatGPT와 아무리 상담을 해 보아도 배선 실수 가능성만 제시할 뿐이었다. 구입한 보드 두 개가 모두 같은 상태였다.

해결책을 달란 말이다!

정답은 구글 검색에서 나왔다. 보드의 몇 군데에 납을 녹여서 이어 붙여야 하는 이른바 ‘solder blob’ 패드가 존재했던 것이다. 다음 사진을 보라. H#L(# = 1, 2, 3, 4)라고 인쇄된 것이 보일 것이다.

이를 다음과 같이 만들어야 한다. 가운데 패드를 왼쪽(H)이나 오른쪽(L)에 납땜으로 이어 붙여야 한다. 아래 사진은 표준적인 사용에 맞는 납땜 사례이다.

추가적으로 SCK는 보드 윗면에서 패드를 서로 이어 그라운드로 연결해야 한다. 그렇게 해야 시스템 클럭을 사용할 수 있다. 이러한 정보는 How to make PCM5102 DAC work on Raspberry Pi ZeroW?라는 글에 상세하게 나온다. 심지어 국내 유튜브 채널인 TinkerBox에서도 이미 6년 전에 PCM5102 I2S DAC 모듈을 래스베리 파이와 사용하기라는 영상을 올려 두었다.

내가 비록 ChatGPT에 의존함으로써 과거에는 불가능했던 수준의 취미 DIY 프로젝트를 진행하고 있지만, 때로는 고전적인 방법인 검색이 여전히 필요함을 깨달은 순간이었다. 다행히도 보드를 받은 뒤 아주 짧은 좌절의 기간(24시간이 채 되지 않았으니)을 거쳐 해결 방법을 알게 되었다.

이 DAC 보드의 설정 방법은 별도의 글인 Raspberry Pi I2S PCM5102A DAC Setup Guide에 정리해 두었다. 본문에 포함된 /etc/asound.conf는 하드웨어 볼륨 조절기가 없는 이 보드를 사용할 때 특히 유용하다. 사실 없어도 되지만, 이를 설정해 두면 alsamixer에서 볼륨을 조절할 수 있게 된다.

어제까지의 노력을 통해 Fluid Ardule의 주변장치 구성을 마무리하게 되었다. 온갖 가능성을 테스트해 본 뒤 가장 무난하고 가벼운 구성을 택하기로 했다.

최종 구성은 다음과 같다.

라즈베리파이(사운드 엔진) - I2S DAC를 통한 오디오 출력과 FluidSynth 실행 담당.  USB DAC를 연결하여 사용할 수도 있다. SPI TFT-LCD를 연결하여 상태 정보를 표시한다.

Uno-1(UI 컨트롤) - 1602 LCD 표시 및 버튼/인코더 입력 처리 담당. 라즈베리파이쪽으로 정보를 일방향 전송하는 것이 원칙이다.

Uno-2(MIDI 엔진) - MIDI 입력 처리 및 변환 담당. 필수 구성품은 아니다. 라즈베리파이가 USB로 연결된 MIDI 키보드 컨트롤러의 신호를 처리하기 어려운 경우를 대비한 것이다. 

이번에는 시행착오를 줄이기 위해 처음부터 단계적인 개발 절차를 밟고 있다. 우선 아두이노 우노(Uno-1)에서 버튼과 인코더 입력을 처리하는 펌웨어를 안정적으로 완성한 뒤, 라즈베리파이에서 이를 제대로 전달받는지 확인하였다. 이어서 파이썬을 이용해 터미널 창에서 건반 → FluidSynth → DAC으로 이어지는 오디오 경로를 구성하고, 실제로 소리가 나는 상태를 화면에 표시하도록 만들었다. 최종 목표는 TFT-LCD에 각종 정보를 표시하고, 아두이노 우노의 조작을 통해 메뉴를 선택·실행할 수 있는 사용자 인터페이스를 구현하는 것이다.

2026년 4월 9일 업데이트 - 구글 AI 모드의 I2S 기술 설명

최근 DIY 오디오 시장과 하이엔드 오디오에서 I2S가 다시 주목받으며 '재발견'된 데에는 몇 가지 핵심적인 이유가 있습니다.

• 지터(Jitter) 감소: 기존의 외부 연결 표준인 S/PDIF나 광(Optical) 방식은 데이터와 클록 신호를 하나로 합쳐서 보내기 때문에, 나중에 이를 다시 분리하는 과정에서 시간 오차(지터)가 발생하기 쉽습니다. 반면 I2S는 처음부터 데이터와 클록 신호를 분리하여 전송하므로 이론적으로 더 순도 높은 디지털 신호를 유지할 수 있습니다.
• 복잡한 변환 과정 생략: 원래 소스(예: 네트워크 플레이어의 MCU)에서 생성된 오디오 데이터는 이미 I2S 형태입니다. 이를 굳이 S/PDIF로 변환했다가 DAC에서 다시 I2S로 푸는 비효율적인 과정을 생략하고 I2S를 직접 연결하려는 DIYer들의 시도가 늘어났습니다.
• 고음질 음원 지원: S/PDIF는 대역폭의 한계로 아주 높은 샘플링 레이트의 음원 전송에 제약이 있는 경우가 많지만, I2S는 고사양 DAC 칩의 성능을 최대한 끌어낼 수 있는 통로가 됩니다.
• HDMI 단자의 전용: 기판 내부용인 I2S는 전송 거리가 짧아야 한다는 단점이 있었으나, 최근에는 HDMI 단자와 케이블을 이용해 외부 기기 간에도 I2S 신호를 전송할 수 있는 규격이 DIY 및 일부 하이엔드 브랜드(PS Audio 등)를 중심으로 표준처럼 자리 잡았습니다. [1, 2, 3, 4, 5, 6]

결론적으로, 제품 내부에서만 조용히 쓰이던 기술이 "변환 없이 가장 순수한 데이터를 직접 전달하겠다"는 오디오 애호가들과 DIY 제작자들의 요구에 맞춰 외부 인터페이스로 끌어올려진 사례라고 할 수 있습니다.

I2S가 DIY 오디오와 하이엔드 시장에서 본격적으로 '재발견'되며 대중화된 시점은 대략 2010년대 초반으로 볼 수 있습니다. 구체적으로는 다음과 같은 흐름을 거쳤습니다.

1. 2000년대 후반: 하이엔드 브랜드의 도입 [1]

2000년대 후반부터 PS Audio와 같은 하이엔드 제조사들이 기기 간 전송 시 발생하는 지터를 줄이기 위해 I2S 규격을 외부 연결에 도입하기 시작했습니다. 2009년경 PS Audio가 HDMI 케이블을 I2S 전송용 물리 단자로 활용하기 시작하면서, "HDMI 단자를 쓰지만 영상 신호가 아닌 오디오 전용 I2S를 보낸다"는 개념이 오디오 마니아들 사이에 퍼지기 시작했습니다. [1, 2]

2. 2012년~2014년: DIY 및 PC-Fi의 기폭제, 라즈베리 파이

I2S의 대중적 재발견에 가장 큰 공을 세운 것은 라즈베리 파이(Raspberry Pi)와 같은 싱글 보드 컴퓨터(SBC)의 보급입니다. [1]

• 라즈베리 파이(2012년 출시)의 GPIO 핀에는 I2S 출력이 포함되어 있었습니다.
• 2013~2014년경부터 Volumio 같은 오디오 전용 OS가 등장하고, 기판에 바로 꽂는 I2S DAC(HAT 방식)들이 저렴하게 쏟아져 나오면서 일반 사용자들도 "USB나 광출력보다 I2S가 소리가 더 좋다"는 것을 직접 체감하며 DIY 열풍이 불었습니다. [1, 2, 3]

3. 2010년대 중반 이후: 차이파이(China-Fi)와 규격의 고착화

2010년대 중반부터 Denafrips, Gustard, Singxer 등 가성비 좋은 중국 브랜드들이 하이엔드 방식인 'I2S over HDMI' 입력을 기본 사양으로 채택하면서, 이제는 DIY를 넘어 기성품 오디오 시장에서도 하나의 고급 인터페이스 표준으로 자리 잡게 되었습니다. [1]

요약하자면:

• 태동기(2000년대 후반): 하이엔드 브랜드가 HDMI 단자를 빌려 쓰기 시작.
• 확산기(2013년~2014년): 라즈베리 파이 DIY DAC 열풍으로 대중화.
• 안착기(2016년~현재): 수많은 외장 DAC가 I2S 입력을 기본 지원하며 주류가 됨. [1]

[Fluid Ardule] 라즈베리파이 ↔ PC UART 직렬 통신(serial communication)에 성공하다

유·무선 LAN을 전혀 사용하지 않고도 Fluid Ardule의 라즈베리파이와 PC를 서로 연결하는 가장 간단한 방법은 UART 직렬 통신을 사용하는 것이다. 이를 위해서는 아주 간단한 하드웨어와 선 3개면 충분하다. 아래 이미지에 보인 USB to TTL 컨버터 모듈을 구입하여 TX와 RX를 교차 연결하고, 추가적으로 GND를 서로 이으면 된다. 다시 말해서 라즈베리파이의 40핀 GPIO 헤더에서 연달아 있는 6번(GND), 8번(TX), 10번(RX)을 사용하면 된다는 뜻이다.

Silicon Labs라는 회사의 "Classic USB to UART Bridge" 칩인 CP2102를 사용한 이 어댑터 보드는 총 6가지의 통신 모드를 지원한다. 따라서 구입처의 제품 설명 페이지에서 설정 방법을 확인한 뒤, 이에 맞추어 보드 내 스위치를 올바르게 맞추어야 한다.

출처: 파츠-파츠

두 개의 스위치를 이용하여 USB to TTL 모드로 설정하고, 여기에서 Windows용 CP210x 드라이버를 다운로드하여 설치한다. 다음 사진은 아직 스위치를 제대로 설정하지 않은 상태이다.

어댑터 보드는 세척이 좀 필요한 상태이다. 총 12개의 핀이 달려 있다. 

COM5로 지정되었다.

라즈베리파이에서는 /boot/firmware/config.txt 파일에 enable_uart=1을 추가한다. 이어서 raspi-config를 실행하여 5번 "Interfacing Options"로 들어간 다음, Serial 관련 질문에서 login shell로 사용할 것이냐는 항목과 serial port hardware 사용 여부를 차례로 설정한 뒤 안내에 따라 재부팅한다.

다음으로 PuTTY에서 COM 포트 번호를 지정하고 속도는 115200으로 설정한다. 이 어댑터를 사용하여 두 기기를 연결한 뒤, PuTTY 창을 연 상태에서 라즈베리파이를 부팅하면 마치 모니터가 연결된 것처럼 각종 메시지가 주르르 올라가다가 로그인 프롬프트가 뜰 것이다. 만약 부팅이 끝난 뒤에 연결하면 PuTTY 화면에 아무것도 나타나지 않아 당황할 수 있다. 이때 엔터를 한 번 치면 친숙한 "Fluidule login:" 프롬프트가 나타난다.

다음 글에서는 PCM5102(데이터시트)를 이용한 I2S DAC를 작동시키느라 고생했던 이야기를 적을 예정이다. 아무 설명 없이 AliExpress에서 파는 '반제품'에는 주의할 필요가 있다. 핀 헤더 납땜은 물론이고, 다섯 곳의 패드를 서로 이어 주는 납땜까지 해야 제대로 작동하기 때문이다.

이런 사실은 ChatGPT가 전혀 알려주지 않았다. 오직 검색을 통해서 찾을 수 있었고, 그것 또한 무척 오래 전에 이미 공개된 지식이었다. 심지어 활용 요령을 설명한 유튜브 영상(6년 전)까지 있었으니 말이다.

라즈베리파이용 PCM5102A I2S DAC.

[Fluid Ardule] TFT-LCD를 주 디스플레이로 전환하기로 하다

당초에 확고한 설계도 없이 재미로 착수한 DIY 프로젝트의 좋은 점은 언제든 계획을 변경할 수 있다는 점이다. 아두이노 우노를 UI의 중심으로 여기고 개발을 착수하였으나 라즈베리파이에서 보내는 정보(현재 로드된 사운드폰트, DAC, 키보드 컨트롤러의 이름과 상태 등)을 매번 놓치지 않고 받아서 디스플레이로 보내야 한다는 것이 큰 부담으로 느껴졌다. 

처음에 이렇게 방향을 잡았던 것은 라즈베리파이 본체에 물린 SPI TFT-LCD가 반응이 느리고 취급하기 어렵다는 편견에 사로잡혀 있었기 때문이다. 그런데 개발을 지속해 나가는 과정에서 이 디스플레이가 그렇게 나쁜 물건은 아니라는 생각이 들었다. 라즈베리파이의 상태를 표시하고, 아두이노 우노에서 키패드 또는 인코더를 조작하여 변화한 정보를 표시하는 정도라면 큰 문제가 없을 것 같았다.

모든 구성품이 슬슬 나무판 위로 올라가기 시작하였다. 아직까지는 임시 고정이라서 글루건과 양면테이프로 붙여 놓았다. 

그래서 어제를 기점으로 방향을 완전히 바꾸기로 하였다. 아두이노 우노에서는 버튼 눌림과 인코더 회전 정보 정도만 단방향으로 보내고, 모든 표시와 제어는 라즈베리파이에서 도맡아 하는 방식을 택하기로 했다. 이렇게 하면 라즈베리파이용 파이썬 코드와 아두이노 우노용 펌웨어를 개별 개발하는 부담도 크게 줄어든다. 아두이노 우노에서는 기본적인 정보만 보내도록 최소한의 코딩을 해 두면 되기 때문이다.

민웰 LRS-50-5(5V 10A) SMPS를 이용한 별도의 전원공급장치도 제작해 두었다.

앞으로의 개발 방향은 다시 정리하면 다음과 같다.

• 라즈베리파이에 장착한 SPI TFT-LCD를 주 디스플레이로 하고, 아두이노 우노는 조작 기능에만 충실하게 만든다.
• USB/LAN 컨트롤러에 부담을 주는 USB 오디오 인터페이스는 유전원 허브를 쓰거나, 보다 근본적인 해결책으로 I2S DAC를 사용한다. 
• 민웰 SMPS를 적극적으로 활용하여 전원부를 보강한다. 
• USB 키보드 컨트롤러의 출력을 DIN-5 MIDI로 전환하는 어댑터는 라즈베리파이와 연결할 경우 USB 디바이스가 아니라 시리얼 장치인 것처럼 프로그래밍하여 라즈베리파이의 부담을 줄인다.
• 라즈베리파이의 GPIO를 이용하여 PC와 시리얼 통신을 하도록 만든다. 이는 개발이 완료된 뒤 네트워크 없이도 관리용으로 접속하여 점검하기 위함이다.
• 언젠가는 나무판 위에서 제대로 만든 케이스 속에 넣는다.

최종 완성에는 앞으로 시간이 더 걸릴 것 같다. 

대형 국가연구개발사업의 효율화를 위한 제도 개선 - 구축형 연구개발사업

지난 금요일(4월 3일), 서울 양재동 엘타워에서 열렸던 2026년 구축형 연구개발사업 심사제도 설명회에 참석하였다. 1999년 시작된 예비타당성조사(흔히 '예타'라고 줄여서 말함)란 대규모 국가 인프라 투자의 타당성 및 경제성에 대한 객관적 조사를 위해 도입된 제도이다. 총사업비 500억원(국비 300억원) 이상의 사업이 대상이었다가 최근 기준이 상향조정되었다. 

예타 제도는 2008년 모든 R&D사업으로 확대 적용되었다. 내가 지금 참여하고 있는 국가통합바이오빅데이터구축사업도 예타를 통해 타당성이 인정되어 추진 중에 있다. 예타 결과 비용-효과 분석(cost-effective analysis)에서 비용 대비 효과(B/C ration)가 ≥1이면 경제적 타당성이 있고, 정책성 타당성과 지형균형발전 등을 고려한 종합평가를 의미하는 AHP(Analytic Hierarchy Process) ≥0.5이면 사업 시행이 바람직함을 의미한다. 

예타를 통과하는 데에는 평균 4년의 시간이 걸린다. 4년이면 급변하는 요즘 세상에서는 기술 판도가 완전히 바뀔 수도 있는 긴 시간이다. 따라서 대형 R&D 사업의 신속성과 유연성을 제고하고 성공 가능성을 높이기 위하여 1천억원(국비 500억원) 이상이 투입되는 국가 연구개발사업의 예타를 18년만에 폐지하게 된 것이다. 대신 대형 R&D 사업 유형을 구축형 R&D와 연구형 R&D로 나누게 되었다. 정의를 내리기는 전자가 더 쉽다. 성격에 따라 둘로 나누었다기보다는, 어떤 필요성에 의해 구축형 R&D를 먼저 정의하여 분리해 내고 그 나머지를 연구형 R&D 범주에 몰아서 넣었다고 보는 것이 옳을 것이다.

• 구축형 R&D: 연구시설·장비, 연구단지 등 연구공간, 인공우주물체 등을 개발·구축하는 사업
• 연구형 R&D: 기초연구 및 연구기관지원 등 구축형 R&D를 제외한 모든 사업

구축형 R&D란 목표(예: 활용 R&D)를 가진 장치들(예: 구성품인 R&D)의 유기적 결합체(의도적 작동이 되는 규칙)라고 한다! 좀 난해하다.

익숙한 예전 용어인 예타 과정을 예로 든다면, 수요자 입장에서 기획서를 제출하고 검토 및 수정요구의 순환을 거치는 과정인 '사전점검', 이를 성공적으로 통과하면 예산 반영이 이어지고 이후 사후 관리 체계에 들어간다. 흔히 눈물겹게 예타를 통과(면제까지 포함)했다는 것은 사전점검을 성공적으로 마쳤음을 의미한다. 그만큼 어렵기 때문이다.

올해는 제도 개선 첫 해이고 법률 개정이 예상보다 늦어지고 있어서 원래 사전점검 3개월 전에 해야 하는 수요를 제출은 사실상 생략하고 해야 하지만, 5월에 곧바로 심사힌청을 받는다고 한다. 이렇게 해야 내년 예산에 반영이 된다. 이는 '하반기'트랙이고, 전년도 11월에 심사를 신청하는 '상반기' 트랙도 있다.  

심사 항목은 크게 ①추진 타당성(value: why) ②기술·공학적 적정성(item: what) ③사업관리 적정성(project: how)의 3대 항목과 17개 세부 질문으로 나뉜다. 경제성은 제외되었다고 하지만, 설명회 2부에서 이어진 안상진 한국과학기술기획평가원(KISTEP) 안상진 센터장의 설명에 의하면 그 개념은 아직 남아있는 것 같았다. 

구축형 R&D사업의 심사 항목 개요.

국가통합바이오빅데이터구축사업을 제외하고 KOBIC이 운영하는 사업비는 원래 사업계획 적정성 재검토를 통해 5년 단위로 추진되어 왔었다(② 기획예산처장관은 제49조제1항의 규정에 의한 타당성재조사 요건에 해당하지 아니하더라도 적정 사업규모, 총사업비, 효율적 대안 등을 검토할 필요가 있는 사업의 경우 타당성재조사 방식에 준하여 사업계획 적정성 재검토를 실시할 수 있다 - 총사업비 관리지침 제49조의2). 이러했던 것의 일부를 변경된 제도 하의 '구축형 R&D 심사'로 전환하기 위하여 필요한 정보를 얻고자 이번 설명회에 참석하게 된 것이다.

발사체 등 대형 사업 사례를 충분히 활용한 설명회 2부의 내용은 매우 신선하게 느껴졌다. 생명과학 분야에 종사하는 개별적인 연구자의 입장으로만 살아오다가 (연구개발)사업의 타당성이라는 측면에서 전체 주기를 조망해 본 일은 거의 없었기 때문이다. 단지 공부를 위해 참석했던 바이오 분야의 창업 단기교육에서 느꼈던 신선함 이상과 충격(?)이었다. 데이터-메타 데이터의 관계처럼,  연구개발사업에도 메타 사업이라는 것이 있다면 이런 것이겠구나하는 생각을 갖게 되었다. 

메타 사업이란 개별 연구개발사업을 직접 수행하는 것이 아니라, 그 사업이 타당한지, 적정한 규모와 방식으로 설계되었는지, 그리고 이후 어떻게 관리되어야 하는지를 다루는 상위의 체계라고 볼 수 있다. 즉, 본 사업을 둘러싼 계획·평가·관리의 전 과정을 설계하는 일종의 ‘사업의 사업’이다.

이러한 관점을 조금 더 일찍 이해했더라면, 나의 연구 인생은 또 다른 방향으로 전개되었을지도 모른다.

2026년의 봄날은 간다

대전의 벚꽃 시즌은 '엔딩'으로 치닫고 있는 것 같다. 엊그제 비가 내리면서 바닥에 떨어져 뒹구는 꽃잎도 많고, 파릇파릇하게 솟아난 잎도 많이 눈에 뜨인다. 나무가 온통 봄꽃으로 물들었을 때는 주말이 아니었기에 충분히 봄 풍경을 즐기지 못했다. 

이것은 조팝나무 꽃이다.

한가한 일요일 오전, 점심때가 되면 사람들이 몰릴 것으로 생각하고 일찌감치 KAIST를 찾았다. 근처 식당에서 이른 점심을 먹고 주말이면 자주 들르는 카페 파스쿠찌로 향했다. 아내와 함께 커피를 마시며 책을 읽고 있노라니 점점 손님들이 많아진다. 가져간 책을 다 읽은 뒤 밖으로 나가 보았다.

인산인해! 중앙도서관 앞 잔디밭은 마치 유원지를 방불케 하였다. 푸드트럭도 여럿 보이고, 자리를 깔고 앉아서 음식을 먹는 상춘객으로 붐빈다. 비누방울과 벚꽃잎이 바람에 흩날린다. 사람 반, 꽃 반. 눈부신 햇살을 받으며 벚꽃을 배경으로 KAIST-충남대 연합 밴드 동아리 PlanB의 버스킹도 벌어지고 있었다.

PlanB. 일본 노래를 부르고 있었다.

꽃피는 주말을 맞아서 일반인에게 아낌없이 캠퍼스를 공개한 KAIST에게 감사를... 월요일 아침을 맞아 누군가는 방문객이 남긴 흔적을 치우기 위해 몹시 수고를 해야 할 것이다.  

요즘은 휴대폰을 이렇게 놓고 사진을 찍는 것이 인기라고 한다.

이렇게 아름다운 봄날이 흘러간다. 금세 더위가 몰려 올 것이다.

[Fluid Ardule] USB 오디오 인터페이스가 초래한 전압 강하 현상

라즈베리파이 3B로 구성한 Fluid Ardule의 USB 포트에 오디오 인터페이스(Mackie Onyx Producer 2-2) 하나만을 꽂은 상태에서도 전압이 떨어지는 현상을 발견하였다. 다음은 dmesg -w를 실행해 놓은 뒤 Onyx를 꽂았을 때 나오는 화면 출력이다.

Undervoltage detected는 라즈베리파이의 입력 전압이 기준 이하로 떨어졌을 때(보통 4.63V 이하) 발생하는 것이라 한다. Voltage normalised는 전압이 다시 정상 범위로 돌아왔음을 의미한다. 단 하나의 USB 기기를 꽂았을 때에도 이러한 실정이니 키보드 컨트롤러와 아두이노 우노 등을 전부 꽂으면 어떻게 되겠는가. 가능한 해결 방법 중의 하나는 유전원 USB 허브를 사용하는 것, 또는 다음 사진과 같은 대용량 SMPS를 써서 각 장비에 전원을 분배하는 것이다.

Meanwell LRS-50-5 파워 서플라이. 출력은 5V 10A에 이른다.

이것도 그렇게 간단한 일은 아니다. 우선 이 전원을 라즈베리파이에 공급하려면 마이크로 USB 수 플러그를 구해서 납땜을 해야 한다. 이론상 GPIO로 넣어도 되지만 보호회로를 거치지 않기 때문에 매우 조심해야 한다.

이 전원은 아두이노의 +5V 단자에 연결한 뒤 이를 다시 USB 케이블로 라즈베리파이와 연결할 때에도 주의해야 한다. 두 기기에서 전압 차이가 발생하면 USB 케이블로 전류가 역류할 수 있다. 안전하게 사용하려면 USB 케이블에서 VBUS선을 끊는 것이 바람직하다.

구입해야 할 부품 목록이 꼬리에 꼬리를 문다! 아직 여기에 다 쓰지 못한 자질구레한 부품이 곧 비행기를 타고 중국을 떠날 것이다. Fluid Ardule의 modular architecture 철학이 약간 훼손될 위기에 처했다. 예를 들어 USB 오디오 인터페이스를 포기하고 I2C PCM5012A DAC를 택하는 것 같은 경우다. 하지만 어쩌겠는가? 안정성이 더 중요하다. 이외에도 몇 가지 아이디어가 더 있으나 실험을 해 본 뒤에 기록하려 한다.

[Fluid Ardule] 라즈베리파이 3B에서 USB DAC가 열심히 일할 때 LAN 작동이 멈춘다

DIY란 원래 고난의 연속이다. 비용을 더 들이지 않기 위해 현재의 조건에서 어떻게 해서든 문제를 풀어 보려고 애를 쓰지만, 결국 지금 쓰는 것보다 상위 기종의 물건(예: 라즈베리파이 3B -> 4B)을 구입하는 것보다 더 많은 것을 정신적으로, 그리고 시간적으로 지불하고 있는지도 모른다.  

문제의 시작은 이렇다. 

라즈베리파이의 부팅 시간을 줄이기 위해 자동으로 시작하는 서비스를 대폭 줄이고 개발을 위한 네트워크 연결도 오직 유선 LAN으로만 하도록 만들어 놓았다. 코딩 작업을 하는 노트북 컴퓨터도 평소에는 유선으로 연결하여 쓰기 때문이다. 그래서 Wi-Fi 연결이 아예 되지 않도록 /boot/firmware/config.txt 파일에 'dtoverlay=disable-wifi'까지 삽입한 상태였다.

그런데 오디오 출력을 위하여 Mackie Onyx Producer 2-2를 연결한 뒤 FluidSynth를 실행하여 조금만 작업을 하다 보면 여지없이 SSH 접속이 끊겼다. 이런 상태에서도 건반을 통한 FluidSynth 연주는 가능한 상태라서 시스템이 완전히 멈추는 것은 아니다. 그러나 IP 주소를 자동으로 다시 할당받아서 SSH 접속이 되기까지 상당한 시간을 기다려야 하니 이만저만 불편한 것이 아니다. rsyslog조차 설치되지 않아서 /var/log/syslog이 없는 상태였기에 문제의 원인을 파악하기가 힘들었다. 

이런 불안정한 상태로 며칠을 보내다가 드디어 syslog 파일에서 단서를 찾았다.

2026-03-31T21:46:40.082929+09:00 Fluidule systemd[1]: Stopped fluid_ardule.service - FluidArdule Main Service. 
2026-03-31T22:00:35.678924+09:00 Fluidule dhcpcd[562]: eth0: carrier lost 
2026-03-31T22:00:35.686337+09:00 Fluidule kernel: smsc95xx 1-1.1:1.0 eth0: Link is Down 
2026-03-31T22:00:35.736808+09:00 Fluidule dhcpcd[562]: eth0: deleting address fe80::6e6e:e891:4b4:14a9

'smsc95xx 1-1.1:1.0 eth0: Link is Down'이라는 메시지에 주목해 보자. smsc95xx는 USB 기반 Ethernet 컨트롤러이다. 하나의 컨트롤러가 LAN과 USB를 동시에 제어하는데, 만약 USB쪽에서 문제가 발생하면 LAN 연결도 끊어지게 된다는 것이다. 이는 라즈베이파이 3B의 설계 구조 한계라고 한다. ChatGPT에게 물어보았다.

🌐 인터넷 사례 많냐?

👉 네, 꽤 많습니다. 특히 다음 키워드로 흔합니다:

• “raspberry pi 3 usb ethernet disconnect”
• “pi 3 usb instability”
• “smsc95xx link down”
• “urb status -32 raspberry pi”

👉 포럼/깃허브/StackOverflow에 반복적으로 등장

SSH 접속이 끊어지기 직전의 로그에서는 '2026-03-31T21:00:45.230089+09:00 Fluidule kernel: usb 1-1.4: urb status -32'라는 기록이 남았다. 'urb status -32'는 USB 전송 실패를 뜻한다. 종합하자면 USB 버스에서 먼저 문제가 생긴 뒤 그 여파로 LAN까지 끊어지는 흐름과 일치한다.

이 문제를 극복하고자 방향을 바꾸기로 했다. 

유선 LAN은 쓰지 않고, 다시 Wi-Fi로 Fluid Ardule(라즈베리파이)을 연결하였다. Mackie Onyx는 유전원 USB 허브로 연결하니 SSH 접속이 끊어지는 일은 발생하지 않았다. 마지막으로  USB  건반은 라즈베리파이에 직접 연결하지 않고, 이전에 만들어 둔 USB MIDI host를 거쳐서 이를 MIDI 케이블로 Mackie Onyx에 연결하였다. 이렇게 하니 훨씬 안정적으로 작동하였다. 지난 1월에 쓴 USB MIDI host 제작기는 여기('옆길로 샌 Ardule Project - USB MIDI host to DIN MIDI converter 만들기는 좌절과 극복의 연속이었다')에 있다. 이 물건을 Fluid Ardule 생태계에 넣으려면 아두이노 우노를 하나 더 사야 한다! 이번 일을 통해 전통적인 MIDI의 단순함과 견고함을 확실히 알게 되었다. 

만약 일찌감치 라즈베리파이 4B를 사는 것으로 문제를 해결했다면 훨씬 편했을 수는 있다. 그러나 고생 속에서 얻을 수 있었던 값진 경험을 놓쳤을 수도 있다. 그리고 덤으로, 여전히 굳건히 생태계를 지키고 있는 전통 MIDI의 의미까지도. 게다가 라즈베리 파이 4B는 2GB 모델이 10만원이 넘는다(board-only, 아이씨뱅큐, 오늘 기준).

실은 건반을 쳤을 때 마치 서스테인 페달을 계속 누르고 있는 것처럼 note off 신호가 전달되지 않는 현상이 지속적으로 발생하여 골머리를 앓는 중이었다. USB를 안정화한 다음에는 훨씬 줄기는 했으나 아직 해결해야 할 숙제로 남았다.