Микроконтроллеры AVR

1) Используйте техники разворачивания циклов, например Устройство Даффа. Пример:

#include stdint.h
#include stdio.h

#define NELEMS(x)  (sizeof(x) / sizeof((x)[0]))

uint8_t find_max (uint8_t *arr, uint8_t len) 
{
    uint8_t max = 0;
    uint8_t n = (len + 7) / 8;
    
    switch (len % 8) 
    {
        case 0: do {  if (*arr > max) {max = *arr;}; arr++;
        case 7:       if (*arr > max) {max = *arr;}; arr++;
        case 6:       if (*arr > max) {max = *arr;}; arr++;
        case 5:       if (*arr > max) {max = *arr;}; arr++;
        case 4:       if (*arr > max) {max = *arr;}; arr++;
        case 3:       if (*arr > max) {max = *arr;}; arr++;
        case 2:       if (*arr > max) {max = *arr;}; arr++;
        case 1:       if (*arr > max) {max = *arr;}; arr++;
                    } while (--n > 0);
    }
    
    return max;
}

int main()
{
    uint8_t arr[] = {0,1,2,3,99,6,7};
    uint8_t max = find_max(arr, NELEMS(arr));
    printf("max %d\n", max);
    return 0;
}

Здесь проверка на выход за пределы массива проходит не перед каждым сравнением, каждые 8 раз.

2) gcc умеет сам разворачивать циклы, но я такого не пробовал. Попробуйте ключи -O3 -funroll-all-loops -funroll-loops