Cosa fa Linus Torvalds quando è stanco del kernel Linux

Immagina il creatore di Linux e Git che nel tempo libero decide di tuffarsi nella progettazione di circuiti analogici e nell'elaborazione audio digitale. Il risultato è il progetto GuitarPedal su GitHub. È un pedale multieffetto per chitarra completo, dove lo stesso Linus ha progettato le schede a circuito stampato in KiCad e ha scritto il firmware in C.

Il progetto è nato da un vecchio prototipo abbandonato. In precedenza aveva potenziometri analogici, che erano un incubo da configurare. Ora il pedale ha uno schermo OLED, una coppia di encoder e un nuovo microcontrollore.

Hardware modulare e connettori minuscoli

L'hardware è costruito su un design modulare e smontabile. Invece di instradare l'intero circuito su una grande scheda, Linus ha diviso il dispositivo in quattro moduli separati.

La prima scheda ospita il microcontrollore RP2354 della famiglia Raspberry Pi Pico 2. La seconda scheda ospita il codec audio TI TAS51, che digitalizza il segnale della chitarra. Il terzo modulo contiene i connettori di alimentazione a 9V e i jack audio, e il quarto gestisce l'interfaccia con lo schermo 128x128, i footswitch e gli encoder.

I moduli si collegano tra loro tramite un cavo piatto FFC a 12 pin. Il trasferimento dei dati avviene tramite I2C per il controllo e I2S per l'audio. Le schede utilizzano connettori HiRose BM28 con un passo di soli 0,35 mm. Torvalds dichiara apertamente nel README che lavorare con componenti così microscopici durante l'assemblaggio manuale è difficile. Ma permettono di inserire tutto in un contenitore compatto.

L'autore enfatizza: la modularità era necessaria per sperimentare con il layout. Se decidi di replicare il design, sarebbe più sensato posizionare il codec direttamente sulla scheda connettore e il microcontrollore sulla scheda di controllo. Questo elimina l'assemblaggio a doppia faccia e i complessi cavi a nastro.

Controllo e compilazione del firmware

Sulla parte superiore dell'involucro c'è un display monocromatico. Sotto di esso ci sono due encoder rotativi con pulsanti integrati e due footswitch.

L'encoder superiore cambia il valore del parametro corrente, e premendolo si passa al parametro successivo nell'elenco. L'encoder inferiore scorre tra gli effetti stessi. Il footswitch sinistro abilita o disabilita l'effetto selezionato con un tocco del piede, e quello destro commuta il pedale in modalità bypass del segnale.

La compilazione del firmware è semplice senza complicazioni inutili. Il codice sorgente è scritto in C puro con binding a pico-sdk e tinyusb. Su Linux il processo è il seguente:

git clone https://github.com/torvalds/GuitarPedal.git
cd GuitarPedal/Software
make prep
make

Nella directory build/ appare il file blink.uf2 pronto. Per flashare il dispositivo, devi tenere premuti entrambi gli encoder quando ti connetti tramite USB e semplicemente copiare il file sul disco virtuale che appare.

Cosa c'è dentro il DSP

La parte più interessante del repository è nella cartella di elaborazione software. Torvalds ha scritto il suo set di algoritmi DSP. I calcoli vengono eseguiti in formato floating-point a 32 bit.

Ecco cosa il pedale può già fare:

• Noise Gate. Il livello di soglia scende fino a -85 dBV. Il codice calcola i parametri di attack e decay per tagliare il ronzio del pickup senza troncare rapidamente le code delle corde. Il LED di stato cambia luminosità quando il gate si attiva.
• Compressore. Funziona con tempo di attack regolabile, decay e livello di makeup gain.
• Boost con limitazione del segnale. Invece del classico clipping dell'onda, Linus ha usato il folding del segnale. Quando l'ampiezza supera la soglia, l'onda non viene tagliata — ritorna indietro. Questo crea uno spettro armonico ricco.
• Echo e delay. L'effetto Echo King è stato portato dal progetto Hothouse ed emula il delay a nastro Maestro Echoplex. Phaser e flanger di base sono presenti anche nelle vicinanze.
• Pitch shifter. Funziona senza pesanti trasformate di Fourier veloci. L'algoritmo utilizza un buffer di delay circolare con due fasi e smoothing sinusoidale alle giunture. Aggiungere feedback produce un effetto eco con drift graduale del pitch.
• Equalizzatore a dieci bande. Ogni banda è regolabile da -20 dB a +20 dB, e la risposta in frequenza corrente viene disegnata come grafico sullo schermo.

Il codice ha anche uno stub per l'invio audio tramite USB a un computer, anche se lo stesso Linus avverte riguardo all'instabilità di questa parte.

Perché guardare questo progetto

Il repository GuitarPedal è interessante non tanto come strumento musicale finito, ma come esempio chiaro di sviluppo embedded full-cycle da una sola persona.

Qui puoi trovare:

• Schemi e layout pronti in KiCad con esempi di lavoro in un contenitore compatto
• Codice C nativo per lavorare con un codec audio tramite I2S sui chip RP2040 e RP2350
• Algoritmi matematici chiari per effetti per chitarra senza librerie esterne pesanti
• UI semplice per schermi OLED basata su encoder

Se vuoi capire il DSP sui microcontrollori o vedere come scrive codice Torvalds al di fuori del kernel Linux, studiare questo repository vale sicuramente la pena.