include/pme.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
   5  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team,
   6  * check out http://www.gromacs.org for more information.
   7  * Copyright (c) 2012,2013, by the GROMACS development team, led by
   8  * David van der Spoel, Berk Hess, Erik Lindahl, and including many
   9  * others, as listed in the AUTHORS file in the top-level source
  10  * directory and at http://www.gromacs.org.
  11  *
  12  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  13  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  14  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  15  * of the License, or (at your option) any later version.
  16  *
  17  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  20  * Lesser General Public License for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  23  * License along with GROMACS; if not, see
  24  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  25  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  26  *
  27  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  28  * consider that scientific software is very special. Version
  29  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  30  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  31  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  32  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  33  * official version at http://www.gromacs.org.
  34  *
  35  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  36  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  37  */
  38
  39 #ifndef _pme_h
  40 #define _pme_h
  41
  42 #include <stdio.h>
  43 #include "visibility.h"
  44 #include "typedefs.h"
  45 #include "gmxcomplex.h"
  46 #include "gmx_wallcycle.h"
  47 #include "sim_util.h"
  48
  49 #ifdef __cplusplus
  50 extern "C" {
  51 #endif
  52
  53 typedef real *splinevec[DIM];
  54
  55 enum {
  56     GMX_SUM_QGRID_FORWARD, GMX_SUM_QGRID_BACKWARD
  57 };
  58
  59 GMX_LIBMD_EXPORT
  60 int gmx_pme_init(gmx_pme_t *pmedata, t_commrec *cr,
  61                  int nnodes_major, int nnodes_minor,
  62                  t_inputrec *ir, int homenr,
  63                  gmx_bool bFreeEnergy, gmx_bool bReproducible, int nthread);
  64 /* Initialize the pme data structures resepectively.
  65  * Return value 0 indicates all well, non zero is an error code.
  66  */
  67
  68 GMX_LIBMD_EXPORT
  69 int gmx_pme_reinit(gmx_pme_t *         pmedata,
  70                    t_commrec *         cr,
  71                    gmx_pme_t           pme_src,
  72                    const t_inputrec *  ir,
  73                    ivec                grid_size);
  74 /* As gmx_pme_init, but takes most settings, except the grid, from pme_src */
  75
  76 int gmx_pme_destroy(FILE *log, gmx_pme_t *pmedata);
  77 /* Destroy the pme data structures resepectively.
  78  * Return value 0 indicates all well, non zero is an error code.
  79  */
  80
  81 #define GMX_PME_SPREAD_Q      (1<<0)
  82 #define GMX_PME_SOLVE         (1<<1)
  83 #define GMX_PME_CALC_F        (1<<2)
  84 #define GMX_PME_CALC_ENER_VIR (1<<3)
  85 /* This forces the grid to be backtransformed even without GMX_PME_CALC_F */
  86 #define GMX_PME_CALC_POT      (1<<4)
  87 #define GMX_PME_DO_ALL_F  (GMX_PME_SPREAD_Q | GMX_PME_SOLVE | GMX_PME_CALC_F)
  88
  89 int gmx_pme_do(gmx_pme_t pme,
  90                int start,       int homenr,
  91                rvec x[],        rvec f[],
  92                real chargeA[],  real chargeB[],
  93                matrix box,      t_commrec *cr,
  94                int  maxshift_x, int maxshift_y,
  95                t_nrnb *nrnb,    gmx_wallcycle_t wcycle,
  96                matrix lrvir,    real ewaldcoeff,
  97                real *energy,    real lambda,
  98                real *dvdlambda, int flags);
  99 /* Do a PME calculation for the long range electrostatics.
 100  * flags, defined above, determine which parts of the calculation are performed.
 101  * Return value 0 indicates all well, non zero is an error code.
 102  */
 103
 104 GMX_LIBMD_EXPORT
 105 int gmx_pmeonly(gmx_pme_t pme,
 106                 t_commrec *cr,     t_nrnb *mynrnb,
 107                 gmx_wallcycle_t wcycle,
 108                 gmx_runtime_t *runtime,
 109                 real ewaldcoeff,   gmx_bool bGatherOnly,
 110                 t_inputrec *ir);
 111 /* Called on the nodes that do PME exclusively (as slaves)
 112  */
 113
 114 void gmx_pme_calc_energy(gmx_pme_t pme, int n, rvec *x, real *q, real *V);
 115 /* Calculate the PME grid energy V for n charges with a potential
 116  * in the pme struct determined before with a call to gmx_pme_do
 117  * with at least GMX_PME_SPREAD_Q and GMX_PME_SOLVE specified.
 118  * Note that the charges are not spread on the grid in the pme struct.
 119  * Currently does not work in parallel or with free energy.
 120  */
 121
 122 /* The following three routines are for PME/PP node splitting in pme_pp.c */
 123
 124 /* Abstract type for PME <-> PP communication */
 125 typedef struct gmx_pme_pp *gmx_pme_pp_t;
 126
 127 GMX_LIBMD_EXPORT
 128 void gmx_pme_check_restrictions(int pme_order,
 129                                 int nkx, int nky, int nkz,
 130                                 int nnodes_major,
 131                                 int nnodes_minor,
 132                                 gmx_bool bUseThreads,
 133                                 gmx_bool bFatal,
 134                                 gmx_bool *bValidSettings);
 135 /* Check restrictions on pme_order and the PME grid nkx,nky,nkz.
 136  * With bFatal=TRUE, a fatal error is generated on violation,
 137  * bValidSettings=NULL can be passed.
 138  * With bFatal=FALSE, *bValidSettings reports the validity of the settings.
 139  * bUseThreads tells if any MPI rank doing PME uses more than 1 threads.
 140  * If at calling you bUseThreads is unknown, pass TRUE for conservative
 141  * checking.
 142  */
 143
 144 gmx_pme_pp_t gmx_pme_pp_init(t_commrec *cr);
 145 /* Initialize the PME-only side of the PME <-> PP communication */
 146
 147 void gmx_pme_send_q(t_commrec *cr,
 148                     gmx_bool bFreeEnergy, real *chargeA, real *chargeB,
 149                     int maxshift_x, int maxshift_y);
 150 /* Send the charges and maxshift to out PME-only node. */
 151
 152 void gmx_pme_send_x(t_commrec *cr, matrix box, rvec *x,
 153                     gmx_bool bFreeEnergy, real lambda,
 154                     gmx_bool bEnerVir,
 155                     gmx_large_int_t step);
 156 /* Send the coordinates to our PME-only node and request a PME calculation */
 157
 158 GMX_LIBMD_EXPORT
 159 void gmx_pme_send_finish(t_commrec *cr);
 160 /* Tell our PME-only node to finish */
 161
 162 GMX_LIBMD_EXPORT
 163 void gmx_pme_send_switchgrid(t_commrec *cr, ivec grid_size, real ewaldcoeff);
 164 /* Tell our PME-only node to switch to a new grid size */
 165
 166 GMX_LIBMD_EXPORT
 167 void gmx_pme_send_resetcounters(t_commrec *cr, gmx_large_int_t step);
 168 /* Tell our PME-only node to reset all cycle and flop counters */
 169
 170 void gmx_pme_receive_f(t_commrec *cr,
 171                        rvec f[], matrix vir,
 172                        real *energy, real *dvdlambda,
 173                        float *pme_cycles);
 174 /* PP nodes receive the long range forces from the PME nodes */
 175
 176 /* Return values for gmx_pme_recv_q_x */
 177 enum {
 178     pmerecvqxX,            /* calculate PME mesh interactions for new x    */
 179     pmerecvqxFINISH,       /* the simulation should finish, we should quit */
 180     pmerecvqxSWITCHGRID,   /* change the PME grid size                     */
 181     pmerecvqxRESETCOUNTERS /* reset the cycle and flop counters            */
 182 };
 183
 184 int gmx_pme_recv_q_x(gmx_pme_pp_t pme_pp,
 185                      int *natoms,
 186                      real **chargeA, real **chargeB,
 187                      matrix box, rvec **x, rvec **f,
 188                      int *maxshift_x, int *maxshift_y,
 189                      gmx_bool *bFreeEnergy, real *lambda,
 190                      gmx_bool *bEnerVir,
 191                      gmx_large_int_t *step,
 192                      ivec grid_size, real *ewaldcoeff);
 193 ;
 194 /* With return value:
 195  * pmerecvqxX:             all parameters set, chargeA and chargeB can be NULL
 196  * pmerecvqxFINISH:        no parameters set
 197  * pmerecvqxSWITCHGRID:    only grid_size and *ewaldcoeff are set
 198  * pmerecvqxRESETCOUNTERS: *step is set
 199  */
 200
 201 void gmx_pme_send_force_vir_ener(gmx_pme_pp_t pme_pp,
 202                                  rvec *f, matrix vir,
 203                                  real energy, real dvdlambda,
 204                                  float cycles);
 205 /* Send the PME mesh force, virial and energy to the PP-only nodes */
 206
 207 #ifdef __cplusplus
 208 }
 209 #endif
 210
 211 #endif