Программирую в WinAVR. Пока выбрана оптимизация -O0 все работает и отлаживается нормально, как только выбираю оптимизацию -01...Os все перестает нормально работать. Читал, что необходимо объявлять глобальные переменные через Volatile, но не помогает, все равно глючит. Вообще возможна работа в WinAVR при оптимизации -01...Os, и если да, то, что почитать?

Что именно перестает работать? Отладчик есть, или дебаг в ком-порт? Покажите код...

Во-первых перестает нормально отлаживаться программа, часть кода просто проскакивает. Во-вторых если при оптимизации -O0 - на ЖКИ выводит то, что нужно, то при оптимизации -O1 уже выводит всякую ерунду. Код смогу привести только завтра(на работе).

Глупость, или вы неправильно поняли. Объявлять через volatile надо только те переменные, которые совместно используются в разных потоках управления (например и в прерывании и в основном коде).
Работа возможна, почитать как минимум:
1)Керниган и Ритчи "Язык программирования C", второе или третье издание.
2)avr-libc-faq в папке doc вашего компилятора.
3)документацию на avr-libc в той же папке.

спасибо