서버가 된 삼성 노트북의 센서 허브 — 모션 센서 6종을 리눅스 IIO 로 읽어 쓰기

한 줄 요약: 화면 자동 회전에 쓰던 노트북 센서 허브를 리눅스 IIO 인터페이스로 그대로 읽을 수 있다. 서버가 된 노트북에서는 설치 환경 감시 장치로 쓸 수 있다. 다만 “자세가 바뀐 것” 과 “충격” 을 같은 식으로 계산하면 오경보가 끝없이 반복된다. 실제로 그렇게 됐다.

라벨: [실측] 이 노트북에서 직접 읽은 값 / [사실] 1차·공식 문서로 확인 / [추론] 필자 해석.

1. 대상 기계

홈랩 k3s 클러스터의 워커 노드 중 하나는 2018년 무렵 산 삼성 노트북이다. 지금은 뚜껑을 연 채 24시간 서버로 돈다.

항목	값	라벨
제품명(DMI)	`950SBE/951SBE`, 제품군 `Notebook 9 Series`, 보드 `NT950SBE-X716`	[실측] `/sys/class/dmi/id/`
CPU	Intel Core i7-8565U	[실측] `lscpu`
센서 허브	`Intel Corporation Cannon Point-LP Integrated Sensor Hub` (PCI 00:13.0)	[실측] `lspci`
커널	6.8 (Ubuntu)	[실측] `uname -r`

이 노트북은 펜 입력을 지원하고 화면이 돌아가는 형태다. 그래서 일반 클램셸 노트북보다 센서가 많이 들어 있다. [추론]

2. 기술 구조 — 센서 허브 → HID → IIO

2-1. Intel ISH: 센서 전용 저전력 코프로세서

Intel ISH(Integrated Sensor Hub)는 SoC 안에 들어간 작은 코프로세서다. 센서 폴링과 센서 퓨전 알고리즘을 메인 CPU 대신 처리해 메인 코어가 저전력 상태에 더 오래 머물게 한다. 리눅스 커널 문서는 Intel 이 Cherry Trail 세대부터 ISH 를 SoC 에 넣었다고 설명한다. [사실] (커널 문서: Intel ISH)

리눅스에서는 다음 드라이버 체인으로 올라온다. [실측] lsmod

intel_ish_ipc  →  intel_ishtp  →  intel_ishtp_hid   (ISH 전송 계층)
                                      ↓
                               hid_sensor_hub      (HID 센서 코어)
                                      ↓
 hid_sensor_accel_3d / gyro_3d / magn_3d / incl_3d / rotation / custom_intel_hinge
                                      ↓
                               industrialio (IIO) → /sys/bus/iio/devices/

2-2. HID 센서 사용법(Usage) 표준

ISH 는 센서를 HID 장치로 내보낸다. 키보드·마우스와 같은 HID 프로토콜에 센서용 “Sensors Page(0x20)” 를 정의해 둔 것이다. 덕분에 OS 는 제조사 전용 드라이버 없이 범용 드라이버로 센서를 읽는다. [사실] (USB-IF HID Usage Tables 1.5, Sensors Page 0x20, Microsoft: HID Sensors Usages)

커널의 hid-sensor-hub 는 각 센서를 HID-SENSOR-xxxx 라는 플랫폼 장치로 등록한다. xxxx 는 사양의 usage ID 다. 예를 들어 HID-SENSOR-200073 은 Accelerometer 3D 다. [사실] (커널 문서: HID Sensors Framework)

이 노트북의 센서와 HID usage ID 를 맞춰 보면 이렇다.

IIO 이름	장치명 [실측]	HID Sensors Page usage [사실, HUT 1.5]	측정
`accel_3d`	`HID-SENSOR-200073`	0x73 Motion: Accelerometer 3D	3축 가속도(중력 포함)
`gyro_3d`	`HID-SENSOR-200076`	0x76 Motion: Gyrometer 3D	3축 각속도
`magn_3d`	`HID-SENSOR-200083`	0x83 Orientation: Compass 3D	지자기, 자북 기준 방위
`incli_3d`	`HID-SENSOR-200086`	0x86 Orientation: Inclinometer 3D	기울기 각
`dev_rotation`	`HID-SENSOR-20008a`	0x8A Orientation: Device Orientation	자세 쿼터니언
`hinge`	`HID-SENSOR-INT-020b`	표준 밖, Intel 사용자 정의 센서	힌지·화면·키보드 각도

힌지 센서만 표준 usage 가 아니다. 커널에는 Intel 사용자 정의 힌지 센서용 드라이버 hid-sensor-custom-intel-hinge 가 따로 있다. 이 드라이버는 hinge, screen, keyboard 세 채널을 노출한다. [사실] (커널 소스)

2-3. IIO 로 읽기

IIO(Industrial I/O)는 ADC·가속도계·자이로 같은 센서를 위한 커널 서브시스템이다. 값은 sysfs 파일로 읽는다. [사실] (커널 문서: IIO Introduction)

물리값은 raw × scale 이다. 이 노트북을 책상에 놓고 실제로 읽은 값이다. [실측]

D=/sys/bus/iio/devices/iio:device5      # accel_3d
cat $D/in_accel_scale                   # 0.000009806
cat $D/in_accel_{x,y,z}_raw             # 23668  -307379  947391

x =  23668 × 0.000009806 ≈  0.23 m/s²
y = -307379 × 0.000009806 ≈ -3.01 m/s²
z =  947391 × 0.000009806 ≈  9.29 m/s²
|a| ≈ 9.77 m/s²   ← 가만히 놓여 있으니 중력 가속도와 거의 같다

모든 센서의 샘플링 주파수는 10 Hz 로 잡혀 있었다(*_sampling_frequency=10.000000). [실측]

반면 힌지 센서는 세 채널 모두 0 을 돌려줬다. 장치는 등록되지만 이 기종·펌웨어에서 실제 각도가 나오는지는 확인하지 못했다. [실측] 그래서 힌지 값은 감시 로직에 쓰지 않는다.

3. 사용 사례 — 노트북 서버를 “설치 환경 감시 장비” 로

3-1. 무엇을 만들었나

이 노드에는 반도체 공정 제어 기법을 실제 센서로 연습하는 작은 시뮬레이터(이하 fabcell)가 돈다. 노트북 센서를 팹 장비의 설치 환경 센서로 보고 다음을 감시한다.

감시 항목	센서	판정
충격	가속도계	기준 중력 벡터와의 차이가 0.4 m/s² 초과
수평 이탈	가속도계(1분 평균)	기준 자세 대비 2° 초과
자유낙하	가속도계	`\|a\|` 가 거의 0
정전	배터리·어댑터(`/sys/class/power_supply`)	어댑터 연결 끊김
공정 변수	CPU 패키지·칩셋 온도(`/sys/class/thermal`)	SPC 관리도(Western Electric, CUSUM)

이상이 생기면 실제 팹 장비처럼 SECS/GEM 형식의 알람·이벤트를 내고, 가상 공정을 HOLD 한다. 시스템 상태는 systemd user 서비스로 띄우고 텔레그램으로 알린다.

센서 허브의 장점이 그대로 살아난다. 별도 IoT 보드나 USB 센서를 붙이지 않고, 이미 있는 노트북 하나로 진동·자세·전원·온도를 모두 잰다. [추론]

3-2. 실제로 난 오경보 — 31.5° 와 5.33 m/s²

어느 날 텔레그램에 이 알림이 2분마다 찍히기 시작했다.

🏭 fabcell 설치 환경 이벤트 SHOCK — 충격 5.33 m/s² (기준 대비) → 공정 HOLD

로그를 보면 첫 SHOCK 과 함께 이런 줄이 있었다. [실측]

[환경] LEVEL_OUT: 기준 자세 대비 31.5°
[환경] SHOCK: 충격 5.33 m/s² (기준 대비)

노트북이 옮겨졌거나 화면 각도가 바뀌어 놓인 자세가 31.5° 달라진 것이다. 실제로 부딪힌 게 아니다. 그런데 왜 매번 “충격 5.33” 일까?

충격 판정식은 지금 가속도 벡터와 처음 저장한 기준 중력 벡터의 차이(벡터 거리)였다. 가만히 있는 물체의 가속도는 중력 하나뿐이고 크기 g 는 그대로다. 그러니 방향만 θ 만큼 돌면 두 벡터의 거리는 다음과 같다.

|a − g_ref| = 2 · g · sin(θ / 2)
            = 2 × 9.81 × sin(15.75°)
            ≈ 5.33 m/s²

로그 값과 정확히 맞는다. 문턱(0.4 m/s²)은 약 2.3° 기울기만으로 넘는다. 그래서 자세가 바뀌면 그 뒤로는 영원히 충격 상태가 된다. 2분 재발 억제 간격마다 같은 값이 다시 찍힌 이유다.

3-3. 교훈 — 정적 성분과 동적 성분을 나눠야 한다

[추론] 가속도계 한 개로 충격과 자세를 함께 보려면 신호를 둘로 나눠야 한다.

자세(정적): 느린 저역 통과 평균. 기준 대비 각도로 판정한다(이번 LEVEL_OUT 처럼).
충격(동적): 최근 평균과의 차이(고역 통과)로 판정한다. 고정된 설치 기준과 비교하지 않는다.

또는 자세가 바뀐 것이 확인되면 기준 중력 벡터를 새 자세로 다시 잡고, 그 사실을 이벤트로 한 번만 남긴다. 실제 팹에서도 장비 재설치 후 레벨링을 다시 하고 기준을 다시 잡는 것과 같은 이치다.

4. 정리

이 노트북(8세대 Core i7)에는 Intel ISH 와 가속도계·자이로·지자기·기울기·자세 센서가 들어 있다. 이 센서들은 표준 HID Sensors usage 로 노출된다. 리눅스는 범용 드라이버(hid-sensor-hub + IIO)로 이 센서들을 바로 sysfs 에 올린다.
서버로 전환한 노트북에서는 이 센서들로 별도 하드웨어 없이 진동·자세·낙하를 감시할 수 있다.
단, 가속도계 값에는 항상 중력이 섞여 있다. 고정 기준과의 차이만 보면 “기울어짐” 이 “충격” 으로 둔갑한다.

References

Linux kernel documentation — Intel Integrated Sensor Hub (ISH). https://docs.kernel.org/hid/intel-ish-hid.html
Linux kernel documentation — HID Sensors Framework. https://docs.kernel.org/hid/hid-sensor.html
Linux kernel documentation — Industrial I/O: Introduction. https://docs.kernel.org/driver-api/iio/intro.html
USB Implementers Forum — HID Usage Tables 1.5, Sensors Page (0x20). https://usb.org/sites/default/files/hut1_5.pdf
Microsoft — HID Sensors Usages. https://learn.microsoft.com/en-us/windows-hardware/design/whitepapers/hid-sensors-usages
Linux kernel source — drivers/iio/position/hid-sensor-custom-intel-hinge.c. https://github.com/torvalds/linux/blob/master/drivers/iio/position/hid-sensor-custom-intel-hinge.c