Alle diese Zeiten summieren sich auf und machen deine Regelung langsam.
Die mit Abstand längste Zeit ist eindeutig die Messung selber. Die Datenübertragung (I²C, 400000) ist im Vergleich dazu sehr kurz.
Der ATmega8 (8MHz) für die Messung ist schon voll ausgelastet, damit die Fehler beim Gyro-Integral kleiner werden. Wenn das der Mega32 (16MHz) machen müsst bleibt nicht mehr viel übrig.