Mit volatilen Flags kannst Du gefahrlos synchronisieren.
Wenn Du sicherstellen kannst, dass die ISR von keinem weiteren IRQ unterbrochen wird (cli), geht nichts kaputt, aber Du verlierst evtl. Interrupts.

Debugging auf Embedded Systemen ist immer ein Problem.
Aber Du kannst die Zeit Deines ISRs ganz einfach messen:
Am Anfang der ISR einen PIN auf High und am Ende den gleich Pin wieder auf Low. Jetzt mit dem Oszi messen.