Con python , utilizzando Linino, è possibile leggere le tensioni nei pin ?
Mi sembra strano non si possa fare, però non ho trovato esempi al riguardo.
Sto pensando di gestire il tutto solo con Linino e trascurando l'altro processore
No perché non sono collegati fisicamente all'AR9331.
Devi chiedere lo stato dei pin analogici all'32U4, quindi ti serve uno sketch che riceva le richieste via seriale e risponda dopo aver effettuato la lettura.
Forse puoi usare la libreria Firmata, non so se esista una versione Pyton.