基于阵列拓扑感知的SLC闪存数据均衡管理方法及系统与流程

本发明涉及数据均衡管理，尤其涉及一种基于阵列拓扑感知的slc闪存数据均衡管理方法及系统。

背景技术：

1、目前，在智能集成电路构成的存储系统中，单层单元闪存凭借其高速读写与高可靠性，被广泛应用于工业控制、车载电子与网络通信等嵌入式存储设备。闪存阵列内部呈现多通道并行、多晶粒挂载的复杂拓扑结构，由于数据负载在逻辑地址空间上的局部性以及垃圾回收压力在各通道间分布不均，不同通道间的磨损速率存在差异，且磨损程度相近的存储节点在物理上呈现与通道挂载关系相关的空间聚集性，局部磨损热点由此在阵列的拓扑布局中形成。在这一背景下，闪存控制器作为智能集成电路中的核心部件，需要感知这种磨损差异的空间聚集形态，以实现存储资源的均衡利用。

2、在一种现有技术中，单层单元闪存的数据均衡管理多采用基于全局磨损计数的静态磨损均衡策略或基于访问频率的动态数据迁移策略，主要关注各存储块的整体擦写次数分布，通行做法是将冷数据自低擦写计数的年轻区块迁出、驻留至高擦写计数的高龄区块，使低龄区块保留空闲容量承接热数据写入，以平衡全阵列的磨损程度。然而，这类方法仅从逻辑地址层面看待磨损分布，缺乏对闪存阵列拓扑结构的感知能力，无法利用磨损热点在通道维度上的空间聚集性。当某一通道因数据负载局部聚集或垃圾回收压力集中导致其挂载的存储节点磨损速度显著高于相邻通道时，传统的磨损均衡策略无法识别这种磨损速率差异在物理拓扑上的局部聚集，仍按全局均衡逻辑调度数据写入，未能从物理拓扑层面阻隔热数据持续涌入局部磨损热点，加剧了通道间的磨损差异，导致阵列整体寿命受限于磨损最快的单条通道。

3、综上，现有技术中的智能集成电路在闪存数据均衡管理方面缺乏对阵列物理拓扑的感知与通道磨损差异的识别能力，难以在阵列的三维拓扑空间中实现针对通道磨损差异的精准隔离与负载重新分配，存在闪存阵列整体寿命受限于局部磨损通道的问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于阵列拓扑感知的slc闪存数据均衡管理方法及系统，以实现针对通道磨损差异的精准隔离与负载重新分配。

2、第一方面，为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于阵列拓扑感知的slc闪存数据均衡管理方法，包括：

3、获取单层单元闪存阵列的物理拓扑信息，提取各存储节点的物理位置坐标，建立三维空间映射矩阵；

4、通过所述三维空间映射矩阵读取各存储节点的当前擦写次数，聚类得到第一磨损状态集合；

5、针对所述第一磨损状态集合中的各存储节点，将其当前擦写次数分别与相邻存储节点的当前擦写次数作差，得到正向差值，取所述正向差值中的最大值作为擦写次数差值，若所述擦写次数差值大于预设差值阈值，则判定对应存储节点存在通道磨损差异，得到目标磨损节点列表；

6、获取所述目标磨损节点列表内各存储节点的历史访问频率，根据所述历史访问频率区分冷数据与热数据，得到冷热数据分布图，将所述冷热数据分布图与所述三维空间映射矩阵进行匹配，得到冷数据驻留候选集；

7、若所述目标磨损节点列表中存在冷数据，则将所述冷数据写入从所述冷数据驻留候选集中分配的目标物理位置，得到更新分布拓扑图，根据所述更新分布拓扑图重置写入指针，引导后续热数据写入所述目标磨损节点列表之外的物理位置，完成数据均衡管理。

8、第二方面，本发明提供了一种基于阵列拓扑感知的slc闪存数据均衡管理系统，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的基于阵列拓扑感知的slc闪存数据均衡管理方法。

9、第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的基于阵列拓扑感知的slc闪存数据均衡管理方法。

10、相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

11、（1）本发明通过获取单层单元闪存阵列的物理拓扑信息，提取各存储节点的物理位置坐标，建立三维空间映射矩阵。该矩阵从阵列硬件配置数据中提取晶粒在模组基板上的横纵物理坐标与晶粒内区块组的竖轴坐标，将逻辑地址与物理位置精确关联，使后续所有磨损状态的读取与判定均可在真实的物理空间中进行，解决了传统方法仅从逻辑地址层面看待磨损分布而无法感知物理拓扑导致的通道磨损差异盲区问题。

12、（2）本发明通过三维空间映射矩阵读取各存储节点的当前擦写次数，聚类得到第一磨损状态集合；针对该集合中的各存储节点，计算与相邻存储节点的擦写次数差值，若差值大于预设差值阈值则判定对应存储节点存在通道磨损差异，得到目标磨损节点列表。聚类分析将全阵列存储节点按老化阶段分组，使磨损状态的统计更加稳定可靠，相邻节点正向差值的计算则将通道磨损差异从抽象的全局分布中具体化为可量化的局部物理指标，以最严重的相邻正向落差表征该节点的通道磨损差异程度，且仅将磨损梯度高侧的节点纳入管理，避免磨损梯度低侧的健康邻节点被误纳入隔离范围，解决了智能集成电路因缺乏通道间磨损落差的量化方法而无法从物理层面识别局部磨损热点的问题。

13、（3）本发明获取目标磨损节点列表内各存储节点的历史访问频率，根据历史访问频率区分冷数据与热数据，得到冷热数据分布图，将冷热数据分布图与三维空间映射矩阵匹配得到冷数据驻留候选集。通过将目标磨损节点列表内各存储节点的数据活跃度与冷热属性进行量化判定，使得磨损严重区域中哪些数据适宜迁移具备明确的判别依据，冷数据驻留候选集的生成则从当前擦写次数高于平均水平的存储节点中筛选出物理位置相邻、空间充裕的成片区域，高龄节点的剩余擦写寿命不再适合承接高频热写入，而冷数据驻留不产生额外擦写，将冷数据迁至高龄节点既利用了其剩余寿命的静态存储能力，又使低擦写计数的年轻节点保留空闲容量承接热数据写入，为冷数据迁移提供了符合磨损均衡方向的目标地址池，解决了冷热数据识别与迁移目标选择缺乏物理拓扑约束的问题，使迁移后的数据分布既满足磨损均衡要求又不破坏阵列的物理连续性。

14、（4）本发明在目标磨损节点列表中存在冷数据时，将冷数据写入从冷数据驻留候选集中分配的目标物理位置，得到更新分布拓扑图，根据更新分布拓扑图重置写入指针，引导后续热数据写入目标磨损节点列表之外的物理位置，完成数据均衡管理。目标磨损节点列表对应的隔离区域边界的划定将磨损严重的节点组从热数据的写入路径中物理剥离，写入指针的重置与热数据的寻址映射关系的重新建立，确保了后续所有热数据均被强制导向健康物理位置，使已疲惫的高磨损节点组不再接收新的热数据写入，从机制上解决了因智能集成电路缺乏物理拓扑感知而无法在拓扑层面阻隔热数据持续涌入局部磨损热点的问题，避免了阵列整体寿命受限于单条磨损最快通道的失效模式。

1.一种基于阵列拓扑感知的slc闪存数据均衡管理方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于阵列拓扑感知的slc闪存数据均衡管理方法，其特征在于，所述获取单层单元闪存阵列的物理拓扑信息，提取各存储节点的物理位置坐标，建立三维空间映射矩阵，包括：

3.根据权利要求1所述的基于阵列拓扑感知的slc闪存数据均衡管理方法，其特征在于，所述通过所述三维空间映射矩阵读取各存储节点的当前擦写次数，聚类得到第一磨损状态集合，包括：

4.根据权利要求1所述的基于阵列拓扑感知的slc闪存数据均衡管理方法，其特征在于，所述针对所述第一磨损状态集合中的各存储节点，将其当前擦写次数分别与相邻存储节点的当前擦写次数作差，得到正向差值，取所述正向差值中的最大值作为擦写次数差值，若所述擦写次数差值大于预设差值阈值，则判定对应存储节点存在通道磨损差异，得到目标磨损节点列表，包括：

5.根据权利要求1所述的基于阵列拓扑感知的slc闪存数据均衡管理方法，其特征在于，所述获取所述目标磨损节点列表内各存储节点的历史访问频率，根据所述历史访问频率区分冷数据与热数据，得到冷热数据分布图，包括：

6.根据权利要求1所述的基于阵列拓扑感知的slc闪存数据均衡管理方法，其特征在于，所述将所述冷热数据分布图与所述三维空间映射矩阵进行匹配，得到冷数据驻留候选集，包括：

7.根据权利要求1所述的基于阵列拓扑感知的slc闪存数据均衡管理方法，其特征在于，所述若所述目标磨损节点列表中存在冷数据，则将所述冷数据写入从所述冷数据驻留候选集中分配的目标物理位置，得到更新分布拓扑图，包括：

8.根据权利要求1所述的基于阵列拓扑感知的slc闪存数据均衡管理方法，其特征在于，所述根据所述更新分布拓扑图重置写入指针，引导后续热数据写入所述目标磨损节点列表之外的物理位置，完成数据均衡管理，包括：

9.一种基于阵列拓扑感知的slc闪存数据均衡管理系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至8任一项所述的基于阵列拓扑感知的slc闪存数据均衡管理方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至8任一项所述的基于阵列拓扑感知的slc闪存数据均衡管理方法。