Ich gehe mal davon aus, daß es in Ordnung ist, hier die Möglichkeiten der Hardware eines AVR aufzuzeigen, die zur Lösung der Frage das OP hinführen könne. Hierzu gehört auch das Zählen externer Pulse mittels externer Timer-Quelle.

Ich sehe nicht, warum man damit nicht eine Frequenz von f messen können sollte, wenn man auf 10*f taktet. Voraussetzung ist, daß die einzelenen Pulse länger sind als ein Prozessortakt -- eine Einschränkung an das Signal, die man bei allen Verfahren hat.

Ok, je höher die Anforderungen an eine Messung sind, desto mehr Hardware muss man vorhalten -- ne Binsenweisheit. Nen Timer frei zu haben ist freilich immer nett...

Ohne Kenntnis der restlichen Applikation ist es kaum möglich zu beurteilen, wie man einen externen IRQ am besten dienstbar macht, das weiß der OP am besten.

Die externen IRQs haben hohe Priorität. Lässt man kaskadierende IRQs zu, schafft man eine IRQ-Latenzzeit von 9 Takten, 2 Takte für Save/Restore von SREG und 2 Takte adiw für der Zähler, 4 Takte reti. Leistet man sich den Luxus, die verwendeten Register zu sichern, ist man grob bei 20 Takten.
Damit erhält man eine untere Grenze für die Pulslängen eines fehlerfrei messbaren Signals.