src/gromacs/gmxpreprocess/grompp.cpp

   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  * Copyright (c) 2013,2014,2015,2016,2017 by the GROMACS development team.
   7  * Copyright (c) 2018,2019,2020,2021, by the GROMACS development team, led by
   8  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   9  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
  10  * top-level source 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 #include "gmxpre.h"
  39
  40 #include "grompp.h"
  41
  42 #include <cerrno>
  43 #include <climits>
  44 #include <cmath>
  45 #include <cstring>
  46
  47 #include <algorithm>
  48 #include <memory>
  49 #include <vector>
  50
  51 #include <sys/types.h>
  52
  53 #include "gromacs/applied_forces/awh/read_params.h"
  54 #include "gromacs/commandline/pargs.h"
  55 #include "gromacs/ewald/ewald_utils.h"
  56 #include "gromacs/ewald/pme.h"
  57 #include "gromacs/fft/calcgrid.h"
  58 #include "gromacs/fileio/confio.h"
  59 #include "gromacs/fileio/enxio.h"
  60 #include "gromacs/fileio/tpxio.h"
  61 #include "gromacs/fileio/trxio.h"
  62 #include "gromacs/fileio/warninp.h"
  63 #include "gromacs/gmxpreprocess/add_par.h"
  64 #include "gromacs/gmxpreprocess/convparm.h"
  65 #include "gromacs/gmxpreprocess/gen_maxwell_velocities.h"
  66 #include "gromacs/gmxpreprocess/gpp_atomtype.h"
  67 #include "gromacs/gmxpreprocess/grompp_impl.h"
  68 #include "gromacs/gmxpreprocess/notset.h"
  69 #include "gromacs/gmxpreprocess/readir.h"
  70 #include "gromacs/gmxpreprocess/tomorse.h"
  71 #include "gromacs/gmxpreprocess/topio.h"
  72 #include "gromacs/gmxpreprocess/toputil.h"
  73 #include "gromacs/gmxpreprocess/vsite_parm.h"
  74 #include "gromacs/imd/imd.h"
  75 #include "gromacs/math/functions.h"
  76 #include "gromacs/math/invertmatrix.h"
  77 #include "gromacs/math/units.h"
  78 #include "gromacs/math/vec.h"
  79 #include "gromacs/mdlib/calc_verletbuf.h"
  80 #include "gromacs/mdlib/compute_io.h"
  81 #include "gromacs/mdlib/constr.h"
  82 #include "gromacs/mdlib/md_support.h"
  83 #include "gromacs/mdlib/perf_est.h"
  84 #include "gromacs/mdlib/vsite.h"
  85 #include "gromacs/mdrun/mdmodules.h"
  86 #include "gromacs/mdtypes/inputrec.h"
  87 #include "gromacs/mdtypes/md_enums.h"
  88 #include "gromacs/mdtypes/nblist.h"
  89 #include "gromacs/mdtypes/state.h"
  90 #include "gromacs/pbcutil/boxutilities.h"
  91 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  92 #include "gromacs/pulling/pull.h"
  93 #include "gromacs/random/seed.h"
  94 #include "gromacs/topology/ifunc.h"
  95 #include "gromacs/topology/mtop_util.h"
  96 #include "gromacs/topology/symtab.h"
  97 #include "gromacs/topology/topology.h"
  98 #include "gromacs/trajectory/trajectoryframe.h"
  99 #include "gromacs/utility/arraysize.h"
 100 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
 101 #include "gromacs/utility/exceptions.h"
 102 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
 103 #include "gromacs/utility/filestream.h"
 104 #include "gromacs/utility/futil.h"
 105 #include "gromacs/utility/gmxassert.h"
 106 #include "gromacs/utility/keyvaluetreebuilder.h"
 107 #include "gromacs/utility/listoflists.h"
 108 #include "gromacs/utility/logger.h"
 109 #include "gromacs/utility/loggerbuilder.h"
 110 #include "gromacs/utility/mdmodulenotification.h"
 111 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
 112 #include "gromacs/utility/snprintf.h"
 113
 114 /* TODO The implementation details should move to their own source file. */
 115 InteractionOfType::InteractionOfType(gmx::ArrayRef<const int>  atoms,
 116                                      gmx::ArrayRef<const real> params,
 117                                      const std::string&        name) :
 118     atoms_(atoms.begin(), atoms.end()),
 119     interactionTypeName_(name)
 120 {
 121     GMX_RELEASE_ASSERT(
 122             params.size() <= forceParam_.size(),
 123             gmx::formatString("Cannot have more parameters than the maximum number possible (%d)", MAXFORCEPARAM)
 124                     .c_str());
 125     auto forceParamIt = forceParam_.begin();
 126     for (const auto param : params)
 127     {
 128         *forceParamIt++ = param;
 129     }
 130     while (forceParamIt != forceParam_.end())
 131     {
 132         *forceParamIt++ = NOTSET;
 133     }
 134 }
 135
 136 const int& InteractionOfType::ai() const
 137 {
 138     GMX_RELEASE_ASSERT(!atoms_.empty(), "Need to have at least one atom set");
 139     return atoms_[0];
 140 }
 141
 142 const int& InteractionOfType::aj() const
 143 {
 144     GMX_RELEASE_ASSERT(atoms_.size() > 1, "Need to have at least two atoms set");
 145     return atoms_[1];
 146 }
 147
 148 const int& InteractionOfType::ak() const
 149 {
 150     GMX_RELEASE_ASSERT(atoms_.size() > 2, "Need to have at least three atoms set");
 151     return atoms_[2];
 152 }
 153
 154 const int& InteractionOfType::al() const
 155 {
 156     GMX_RELEASE_ASSERT(atoms_.size() > 3, "Need to have at least four atoms set");
 157     return atoms_[3];
 158 }
 159
 160 const int& InteractionOfType::am() const
 161 {
 162     GMX_RELEASE_ASSERT(atoms_.size() > 4, "Need to have at least five atoms set");
 163     return atoms_[4];
 164 }
 165
 166 const real& InteractionOfType::c0() const
 167 {
 168     return forceParam_[0];
 169 }
 170
 171 const real& InteractionOfType::c1() const
 172 {
 173     return forceParam_[1];
 174 }
 175
 176 const real& InteractionOfType::c2() const
 177 {
 178     return forceParam_[2];
 179 }
 180
 181 const std::string& InteractionOfType::interactionTypeName() const
 182 {
 183     return interactionTypeName_;
 184 }
 185
 186 void InteractionOfType::sortBondAtomIds()
 187 {
 188     if (aj() < ai())
 189     {
 190         std::swap(atoms_[0], atoms_[1]);
 191     }
 192 }
 193
 194 void InteractionOfType::sortAngleAtomIds()
 195 {
 196     if (ak() < ai())
 197     {
 198         std::swap(atoms_[0], atoms_[2]);
 199     }
 200 }
 201
 202 void InteractionOfType::sortDihedralAtomIds()
 203 {
 204     if (al() < ai())
 205     {
 206         std::swap(atoms_[0], atoms_[3]);
 207         std::swap(atoms_[1], atoms_[2]);
 208     }
 209 }
 210
 211 void InteractionOfType::sortAtomIds()
 212 {
 213     if (isBond())
 214     {
 215         sortBondAtomIds();
 216     }
 217     else if (isAngle())
 218     {
 219         sortAngleAtomIds();
 220     }
 221     else if (isDihedral())
 222     {
 223         sortDihedralAtomIds();
 224     }
 225     else
 226     {
 227         GMX_THROW(gmx::InternalError(
 228                 "Can not sort parameters other than bonds, angles or dihedrals"));
 229     }
 230 };
 231
 232 void InteractionOfType::setForceParameter(int pos, real value)
 233 {
 234     GMX_RELEASE_ASSERT(pos < MAXFORCEPARAM,
 235                        "Can't set parameter beyond the maximum number of parameters");
 236     forceParam_[pos] = value;
 237 }
 238
 239 void MoleculeInformation::initMolInfo()
 240 {
 241     init_block(&mols);
 242     excls.clear();
 243     init_t_atoms(&atoms, 0, FALSE);
 244 }
 245
 246 void MoleculeInformation::partialCleanUp()
 247 {
 248     done_block(&mols);
 249 }
 250
 251 void MoleculeInformation::fullCleanUp()
 252 {
 253     done_atom(&atoms);
 254     done_block(&mols);
 255 }
 256
 257 static int rm_interactions(int ifunc, gmx::ArrayRef<MoleculeInformation> mols)
 258 {
 259     int n = 0;
 260     /* For all the molecule types */
 261     for (auto& mol : mols)
 262     {
 263         n += mol.interactions[ifunc].size();
 264         mol.interactions[ifunc].interactionTypes.clear();
 265     }
 266     return n;
 267 }
 268
 269 static int check_atom_names(const char*          fn1,
 270                             const char*          fn2,
 271                             gmx_mtop_t*          mtop,
 272                             const t_atoms*       at,
 273                             const gmx::MDLogger& logger)
 274 {
 275     int      m, i, j, nmismatch;
 276     t_atoms* tat;
 277
 278     constexpr int c_maxNumberOfMismatches = 20;
 279
 280     if (mtop->natoms != at->nr)
 281     {
 282         gmx_incons("comparing atom names");
 283     }
 284
 285     nmismatch = 0;
 286     i         = 0;
 287     for (const gmx_molblock_t& molb : mtop->molblock)
 288     {
 289         tat = &mtop->moltype[molb.type].atoms;
 290         for (m = 0; m < molb.nmol; m++)
 291         {
 292             for (j = 0; j < tat->nr; j++)
 293             {
 294                 if (strcmp(*(tat->atomname[j]), *(at->atomname[i])) != 0)
 295                 {
 296                     if (nmismatch < c_maxNumberOfMismatches)
 297                     {
 298                         GMX_LOG(logger.warning)
 299                                 .asParagraph()
 300                                 .appendTextFormatted(
 301                                         "atom name %d in %s and %s does not match (%s - %s)",
 302                                         i + 1,
 303                                         fn1,
 304                                         fn2,
 305                                         *(tat->atomname[j]),
 306                                         *(at->atomname[i]));
 307                     }
 308                     else if (nmismatch == c_maxNumberOfMismatches)
 309                     {
 310                         GMX_LOG(logger.warning)
 311                                 .asParagraph()
 312                                 .appendTextFormatted("(more than %d non-matching atom names)",
 313                                                      c_maxNumberOfMismatches);
 314                     }
 315                     nmismatch++;
 316                 }
 317                 i++;
 318             }
 319         }
 320     }
 321
 322     return nmismatch;
 323 }
 324
 325 static void check_bonds_timestep(const gmx_mtop_t* mtop, double dt, warninp* wi)
 326 {
 327     /* This check is not intended to ensure accurate integration,
 328      * rather it is to signal mistakes in the mdp settings.
 329      * A common mistake is to forget to turn on constraints
 330      * for MD after energy minimization with flexible bonds.
 331      * This check can also detect too large time steps for flexible water
 332      * models, but such errors will often be masked by the constraints
 333      * mdp options, which turns flexible water into water with bond constraints,
 334      * but without an angle constraint. Unfortunately such incorrect use
 335      * of water models can not easily be detected without checking
 336      * for specific model names.
 337      *
 338      * The stability limit of leap-frog or velocity verlet is 4.44 steps
 339      * per oscillational period.
 340      * But accurate bonds distributions are lost far before that limit.
 341      * To allow relatively common schemes (although not common with Gromacs)
 342      * of dt=1 fs without constraints and dt=2 fs with only H-bond constraints
 343      * we set the note limit to 10.
 344      */
 345     int  min_steps_warn = 5;
 346     int  min_steps_note = 10;
 347     int  ftype;
 348     int  i, a1, a2, w_a1, w_a2, j;
 349     real twopi2, limit2, fc, re, m1, m2, period2, w_period2;
 350     bool bFound, bWater, bWarn;
 351
 352     /* Get the interaction parameters */
 353     gmx::ArrayRef<const t_iparams> ip = mtop->ffparams.iparams;
 354
 355     twopi2 = gmx::square(2 * M_PI);
 356
 357     limit2 = gmx::square(min_steps_note * dt);
 358
 359     w_a1 = w_a2 = -1;
 360     w_period2   = -1.0;
 361
 362     const gmx_moltype_t* w_moltype = nullptr;
 363     for (const gmx_moltype_t& moltype : mtop->moltype)
 364     {
 365         const t_atom*           atom  = moltype.atoms.atom;
 366         const InteractionLists& ilist = moltype.ilist;
 367         const InteractionList&  ilc   = ilist[F_CONSTR];
 368         const InteractionList&  ils   = ilist[F_SETTLE];
 369         for (ftype = 0; ftype < F_NRE; ftype++)
 370         {
 371             if (!(ftype == F_BONDS || ftype == F_G96BONDS || ftype == F_HARMONIC))
 372             {
 373                 continue;
 374             }
 375
 376             const InteractionList& ilb = ilist[ftype];
 377             for (i = 0; i < ilb.size(); i += 3)
 378             {
 379                 fc = ip[ilb.iatoms[i]].harmonic.krA;
 380                 re = ip[ilb.iatoms[i]].harmonic.rA;
 381                 if (ftype == F_G96BONDS)
 382                 {
 383                     /* Convert squared sqaure fc to harmonic fc */
 384                     fc = 2 * fc * re;
 385                 }
 386                 a1 = ilb.iatoms[i + 1];
 387                 a2 = ilb.iatoms[i + 2];
 388                 m1 = atom[a1].m;
 389                 m2 = atom[a2].m;
 390                 if (fc > 0 && m1 > 0 && m2 > 0)
 391                 {
 392                     period2 = twopi2 * m1 * m2 / ((m1 + m2) * fc);
 393                 }
 394                 else
 395                 {
 396                     period2 = GMX_FLOAT_MAX;
 397                 }
 398                 if (debug)
 399                 {
 400                     fprintf(debug, "fc %g m1 %g m2 %g period %g\n", fc, m1, m2, std::sqrt(period2));
 401                 }
 402                 if (period2 < limit2)
 403                 {
 404                     bFound = false;
 405                     for (j = 0; j < ilc.size(); j += 3)
 406                     {
 407                         if ((ilc.iatoms[j + 1] == a1 && ilc.iatoms[j + 2] == a2)
 408                             || (ilc.iatoms[j + 1] == a2 && ilc.iatoms[j + 2] == a1))
 409                         {
 410                             bFound = true;
 411                         }
 412                     }
 413                     for (j = 0; j < ils.size(); j += 4)
 414                     {
 415                         if ((a1 == ils.iatoms[j + 1] || a1 == ils.iatoms[j + 2] || a1 == ils.iatoms[j + 3])
 416                             && (a2 == ils.iatoms[j + 1] || a2 == ils.iatoms[j + 2]
 417                                 || a2 == ils.iatoms[j + 3]))
 418                         {
 419                             bFound = true;
 420                         }
 421                     }
 422                     if (!bFound && (w_moltype == nullptr || period2 < w_period2))
 423                     {
 424                         w_moltype = &moltype;
 425                         w_a1      = a1;
 426                         w_a2      = a2;
 427                         w_period2 = period2;
 428                     }
 429                 }
 430             }
 431         }
 432     }
 433
 434     if (w_moltype != nullptr)
 435     {
 436         bWarn = (w_period2 < gmx::square(min_steps_warn * dt));
 437         /* A check that would recognize most water models */
 438         bWater = ((*w_moltype->atoms.atomname[0])[0] == 'O' && w_moltype->atoms.nr <= 5);
 439         std::string warningMessage = gmx::formatString(
 440                 "The bond in molecule-type %s between atoms %d %s and %d %s has an estimated "
 441                 "oscillational period of %.1e ps, which is less than %d times the time step of "
 442                 "%.1e ps.\n"
 443                 "%s",
 444                 *w_moltype->name,
 445                 w_a1 + 1,
 446                 *w_moltype->atoms.atomname[w_a1],
 447                 w_a2 + 1,
 448                 *w_moltype->atoms.atomname[w_a2],
 449                 std::sqrt(w_period2),
 450                 bWarn ? min_steps_warn : min_steps_note,
 451                 dt,
 452                 bWater ? "Maybe you asked for fexible water."
 453                        : "Maybe you forgot to change the constraints mdp option.");
 454         if (bWarn)
 455         {
 456             warning(wi, warningMessage.c_str());
 457         }
 458         else
 459         {
 460             warning_note(wi, warningMessage.c_str());
 461         }
 462     }
 463 }
 464
 465 static void check_vel(gmx_mtop_t* mtop, rvec v[])
 466 {
 467     for (const AtomProxy atomP : AtomRange(*mtop))
 468     {
 469         const t_atom& local = atomP.atom();
 470         int           i     = atomP.globalAtomNumber();
 471         if (local.ptype == eptShell || local.ptype == eptBond || local.ptype == eptVSite)
 472         {
 473             clear_rvec(v[i]);
 474         }
 475     }
 476 }
 477
 478 static void check_shells_inputrec(gmx_mtop_t* mtop, t_inputrec* ir, warninp* wi)
 479 {
 480     int nshells = 0;
 481
 482     for (const AtomProxy atomP : AtomRange(*mtop))
 483     {
 484         const t_atom& local = atomP.atom();
 485         if (local.ptype == eptShell || local.ptype == eptBond)
 486         {
 487             nshells++;
 488         }
 489     }
 490     if ((nshells > 0) && (ir->nstcalcenergy != 1))
 491     {
 492         set_warning_line(wi, "unknown", -1);
 493         std::string warningMessage = gmx::formatString(
 494                 "There are %d shells, changing nstcalcenergy from %d to 1", nshells, ir->nstcalcenergy);
 495         ir->nstcalcenergy = 1;
 496         warning(wi, warningMessage.c_str());
 497     }
 498 }
 499
 500 /* TODO Decide whether this function can be consolidated with
 501  * gmx_mtop_ftype_count */
 502 static int nint_ftype(gmx_mtop_t* mtop, gmx::ArrayRef<const MoleculeInformation> mi, int ftype)
 503 {
 504     int nint = 0;
 505     for (const gmx_molblock_t& molb : mtop->molblock)
 506     {
 507         nint += molb.nmol * mi[molb.type].interactions[ftype].size();
 508     }
 509
 510     return nint;
 511 }
 512
 513 /* This routine reorders the molecule type array
 514  * in the order of use in the molblocks,
 515  * unused molecule types are deleted.
 516  */
 517 static void renumber_moltypes(gmx_mtop_t* sys, std::vector<MoleculeInformation>* molinfo)
 518 {
 519
 520     std::vector<int> order;
 521     for (gmx_molblock_t& molblock : sys->molblock)
 522     {
 523         const auto found = std::find_if(order.begin(), order.end(), [&molblock](const auto& entry) {
 524             return molblock.type == entry;
 525         });
 526         if (found == order.end())
 527         {
 528             /* This type did not occur yet, add it */
 529             order.push_back(molblock.type);
 530             molblock.type = order.size() - 1;
 531         }
 532         else
 533         {
 534             molblock.type = std::distance(order.begin(), found);
 535         }
 536     }
 537
 538     /* We still need to reorder the molinfo structs */
 539     std::vector<MoleculeInformation> minew(order.size());
 540     int                              index = 0;
 541     for (auto& mi : *molinfo)
 542     {
 543         const auto found = std::find(order.begin(), order.end(), index);
 544         if (found != order.end())
 545         {
 546             int pos    = std::distance(order.begin(), found);
 547             minew[pos] = mi;
 548         }
 549         else
 550         {
 551             // Need to manually clean up memory ....
 552             mi.fullCleanUp();
 553         }
 554         index++;
 555     }
 556
 557     *molinfo = minew;
 558 }
 559
 560 static void molinfo2mtop(gmx::ArrayRef<const MoleculeInformation> mi, gmx_mtop_t* mtop)
 561 {
 562     mtop->moltype.resize(mi.size());
 563     int pos = 0;
 564     for (const auto& mol : mi)
 565     {
 566         gmx_moltype_t& molt = mtop->moltype[pos];
 567         molt.name           = mol.name;
 568         molt.atoms          = mol.atoms;
 569         /* ilists are copied later */
 570         molt.excls = mol.excls;
 571         pos++;
 572     }
 573 }
 574
 575 static void new_status(const char*                           topfile,
 576                        const char*                           topppfile,
 577                        const char*                           confin,
 578                        t_gromppopts*                         opts,
 579                        t_inputrec*                           ir,
 580                        gmx_bool                              bZero,
 581                        bool                                  bGenVel,
 582                        bool                                  bVerbose,
 583                        t_state*                              state,
 584                        PreprocessingAtomTypes*               atypes,
 585                        gmx_mtop_t*                           sys,
 586                        std::vector<MoleculeInformation>*     mi,
 587                        std::unique_ptr<MoleculeInformation>* intermolecular_interactions,
 588                        gmx::ArrayRef<InteractionsOfType>     interactions,
 589                        CombinationRule*                      comb,
 590                        double*                               reppow,
 591                        real*                                 fudgeQQ,
 592                        gmx_bool                              bMorse,
 593                        warninp*                              wi,
 594                        const gmx::MDLogger&                  logger)
 595 {
 596     std::vector<gmx_molblock_t> molblock;
 597     int                         i, nmismatch;
 598     bool                        ffParametrizedWithHBondConstraints;
 599
 600     /* TOPOLOGY processing */
 601     sys->name = do_top(bVerbose,
 602                        topfile,
 603                        topppfile,
 604                        opts,
 605                        bZero,
 606                        &(sys->symtab),
 607                        interactions,
 608                        comb,
 609                        reppow,
 610                        fudgeQQ,
 611                        atypes,
 612                        mi,
 613                        intermolecular_interactions,
 614                        ir,
 615                        &molblock,
 616                        &ffParametrizedWithHBondConstraints,
 617                        wi,
 618                        logger);
 619
 620     sys->molblock.clear();
 621
 622     sys->natoms = 0;
 623     for (const gmx_molblock_t& molb : molblock)
 624     {
 625         if (!sys->molblock.empty() && molb.type == sys->molblock.back().type)
 626         {
 627             /* Merge consecutive blocks with the same molecule type */
 628             sys->molblock.back().nmol += molb.nmol;
 629         }
 630         else if (molb.nmol > 0)
 631         {
 632             /* Add a new molblock to the topology */
 633             sys->molblock.push_back(molb);
 634         }
 635         sys->natoms += molb.nmol * (*mi)[sys->molblock.back().type].atoms.nr;
 636     }
 637     if (sys->molblock.empty())
 638     {
 639         gmx_fatal(FARGS, "No molecules were defined in the system");
 640     }
 641
 642     renumber_moltypes(sys, mi);
 643
 644     if (bMorse)
 645     {
 646         convert_harmonics(*mi, atypes);
 647     }
 648
 649     if (ir->eDisre == DistanceRestraintRefinement::None)
 650     {
 651         i = rm_interactions(F_DISRES, *mi);
 652         if (i > 0)
 653         {
 654             set_warning_line(wi, "unknown", -1);
 655             std::string warningMessage =
 656                     gmx::formatString("disre = no, removed %d distance restraints", i);
 657             warning_note(wi, warningMessage.c_str());
 658         }
 659     }
 660     if (!opts->bOrire)
 661     {
 662         i = rm_interactions(F_ORIRES, *mi);
 663         if (i > 0)
 664         {
 665             set_warning_line(wi, "unknown", -1);
 666             std::string warningMessage =
 667                     gmx::formatString("orire = no, removed %d orientation restraints", i);
 668             warning_note(wi, warningMessage.c_str());
 669         }
 670     }
 671
 672     /* Copy structures from msys to sys */
 673     molinfo2mtop(*mi, sys);
 674
 675     sys->finalize();
 676
 677     /* Discourage using the, previously common, setup of applying constraints
 678      * to all bonds with force fields that have been parametrized with H-bond
 679      * constraints only. Do not print note with large timesteps or vsites.
 680      */
 681     if (opts->nshake == eshALLBONDS && ffParametrizedWithHBondConstraints && ir->delta_t < 0.0026
 682         && gmx_mtop_ftype_count(sys, F_VSITE3FD) == 0)
 683     {
 684         set_warning_line(wi, "unknown", -1);
 685         warning_note(wi,
 686                      "You are using constraints on all bonds, whereas the forcefield "
 687                      "has been parametrized only with constraints involving hydrogen atoms. "
 688                      "We suggest using constraints = h-bonds instead, this will also improve "
 689                      "performance.");
 690     }
 691
 692     /* COORDINATE file processing */
 693     if (bVerbose)
 694     {
 695         GMX_LOG(logger.info).asParagraph().appendTextFormatted("processing coordinates...");
 696     }
 697
 698     t_topology* conftop;
 699     rvec*       x = nullptr;
 700     rvec*       v = nullptr;
 701     snew(conftop, 1);
 702     read_tps_conf(confin, conftop, nullptr, &x, &v, state->box, FALSE);
 703     state->natoms = conftop->atoms.nr;
 704     if (state->natoms != sys->natoms)
 705     {
 706         gmx_fatal(FARGS,
 707                   "number of coordinates in coordinate file (%s, %d)\n"
 708                   "             does not match topology (%s, %d)",
 709                   confin,
 710                   state->natoms,
 711                   topfile,
 712                   sys->natoms);
 713     }
 714     /* It would be nice to get rid of the copies below, but we don't know
 715      * a priori if the number of atoms in confin matches what we expect.
 716      */
 717     state->flags |= enumValueToBitMask(StateEntry::X);
 718     if (v != nullptr)
 719     {
 720         state->flags |= enumValueToBitMask(StateEntry::V);
 721     }
 722     state_change_natoms(state, state->natoms);
 723     std::copy(x, x + state->natoms, state->x.data());
 724     sfree(x);
 725     if (v != nullptr)
 726     {
 727         std::copy(v, v + state->natoms, state->v.data());
 728         sfree(v);
 729     }
 730     /* This call fixes the box shape for runs with pressure scaling */
 731     set_box_rel(ir, state);
 732
 733     nmismatch = check_atom_names(topfile, confin, sys, &conftop->atoms, logger);
 734     done_top(conftop);
 735     sfree(conftop);
 736
 737     if (nmismatch)
 738     {
 739         std::string warningMessage = gmx::formatString(
 740                 "%d non-matching atom name%s\n"
 741                 "atom names from %s will be used\n"
 742                 "atom names from %s will be ignored\n",
 743                 nmismatch,
 744                 (nmismatch == 1) ? "" : "s",
 745                 topfile,
 746                 confin);
 747         warning(wi, warningMessage.c_str());
 748     }
 749
 750     /* Do more checks, mostly related to constraints */
 751     if (bVerbose)
 752     {
 753         GMX_LOG(logger.info)
 754                 .asParagraph()
 755                 .appendTextFormatted("double-checking input for internal consistency...");
 756     }
 757     {
 758         bool bHasNormalConstraints =
 759                 0 < (nint_ftype(sys, *mi, F_CONSTR) + nint_ftype(sys, *mi, F_CONSTRNC));
 760         bool bHasAnyConstraints = bHasNormalConstraints || 0 < nint_ftype(sys, *mi, F_SETTLE);
 761         double_check(ir, state->box, bHasNormalConstraints, bHasAnyConstraints, wi);
 762     }
 763
 764     if (bGenVel)
 765     {
 766         real* mass;
 767
 768         snew(mass, state->natoms);
 769         for (const AtomProxy atomP : AtomRange(*sys))
 770         {
 771             const t_atom& local = atomP.atom();
 772             int           i     = atomP.globalAtomNumber();
 773             mass[i]             = local.m;
 774         }
 775
 776         if (opts->seed == -1)
 777         {
 778             opts->seed = static_cast<int>(gmx::makeRandomSeed());
 779             GMX_LOG(logger.info).asParagraph().appendTextFormatted("Setting gen_seed to %d", opts->seed);
 780         }
 781         state->flags |= enumValueToBitMask(StateEntry::V);
 782         maxwell_speed(opts->tempi, opts->seed, sys, state->v.rvec_array(), logger);
 783
 784         stop_cm(logger, state->natoms, mass, state->x.rvec_array(), state->v.rvec_array());
 785         sfree(mass);
 786     }
 787 }
 788
 789 static void copy_state(const char* slog, t_trxframe* fr, bool bReadVel, t_state* state, double* use_time)
 790 {
 791     if (fr->not_ok & FRAME_NOT_OK)
 792     {
 793         gmx_fatal(FARGS, "Can not start from an incomplete frame");
 794     }
 795     if (!fr->bX)
 796     {
 797         gmx_fatal(FARGS, "Did not find a frame with coordinates in file %s", slog);
 798     }
 799
 800     std::copy(fr->x, fr->x + state->natoms, state->x.data());
 801     if (bReadVel)
 802     {
 803         if (!fr->bV)
 804         {
 805             gmx_incons("Trajecory frame unexpectedly does not contain velocities");
 806         }
 807         std::copy(fr->v, fr->v + state->natoms, state->v.data());
 808     }
 809     if (fr->bBox)
 810     {
 811         copy_mat(fr->box, state->box);
 812     }
 813
 814     *use_time = fr->time;
 815 }
 816
 817 static void cont_status(const char*             slog,
 818                         const char*             ener,
 819                         bool                    bNeedVel,
 820                         bool                    bGenVel,
 821                         real                    fr_time,
 822                         t_inputrec*             ir,
 823                         t_state*                state,
 824                         gmx_mtop_t*             sys,
 825                         const gmx_output_env_t* oenv,
 826                         const gmx::MDLogger&    logger)
 827 /* If fr_time == -1 read the last frame available which is complete */
 828 {
 829     bool         bReadVel;
 830     t_trxframe   fr;
 831     t_trxstatus* fp;
 832     double       use_time;
 833
 834     bReadVel = (bNeedVel && !bGenVel);
 835
 836     GMX_LOG(logger.info)
 837             .asParagraph()
 838             .appendTextFormatted("Reading Coordinates%s and Box size from old trajectory",
 839                                  bReadVel ? ", Velocities" : "");
 840     if (fr_time == -1)
 841     {
 842         GMX_LOG(logger.info).asParagraph().appendTextFormatted("Will read whole trajectory");
 843     }
 844     else
 845     {
 846         GMX_LOG(logger.info).asParagraph().appendTextFormatted("Will read till time %g", fr_time);
 847     }
 848     if (!bReadVel)
 849     {
 850         if (bGenVel)
 851         {
 852             GMX_LOG(logger.info)
 853                     .asParagraph()
 854                     .appendTextFormatted(
 855                             "Velocities generated: "
 856                             "ignoring velocities in input trajectory");
 857         }
 858         read_first_frame(oenv, &fp, slog, &fr, TRX_NEED_X);
 859     }
 860     else
 861     {
 862         read_first_frame(oenv, &fp, slog, &fr, TRX_NEED_X | TRX_NEED_V);
 863
 864         if (!fr.bV)
 865         {
 866             GMX_LOG(logger.warning)
 867                     .asParagraph()
 868                     .appendTextFormatted(
 869                             "WARNING: Did not find a frame with velocities in file %s,\n"
 870                             "         all velocities will be set to zero!",
 871                             slog);
 872             for (auto& vi : makeArrayRef(state->v))
 873             {
 874                 vi = { 0, 0, 0 };
 875             }
 876             close_trx(fp);
 877             /* Search for a frame without velocities */
 878             bReadVel = false;
 879             read_first_frame(oenv, &fp, slog, &fr, TRX_NEED_X);
 880         }
 881     }
 882
 883     state->natoms = fr.natoms;
 884
 885     if (sys->natoms != state->natoms)
 886     {
 887         gmx_fatal(FARGS,
 888                   "Number of atoms in Topology "
 889                   "is not the same as in Trajectory");
 890     }
 891     copy_state(slog, &fr, bReadVel, state, &use_time);
 892
 893     /* Find the appropriate frame */
 894     while ((fr_time == -1 || fr.time < fr_time) && read_next_frame(oenv, fp, &fr))
 895     {
 896         copy_state(slog, &fr, bReadVel, state, &use_time);
 897     }
 898
 899     close_trx(fp);
 900
 901     /* Set the relative box lengths for preserving the box shape.
 902      * Note that this call can lead to differences in the last bit
 903      * with respect to using gmx convert-tpr to create a [REF].tpx[ref] file.
 904      */
 905     set_box_rel(ir, state);
 906
 907     GMX_LOG(logger.info).asParagraph().appendTextFormatted("Using frame at t = %g ps", use_time);
 908     GMX_LOG(logger.info).asParagraph().appendTextFormatted("Starting time for run is %g ps", ir->init_t);
 909
 910     if ((ir->epc != PressureCoupling::No || ir->etc == TemperatureCoupling::NoseHoover) && ener)
 911     {
 912         get_enx_state(ener, use_time, sys->groups, ir, state);
 913         preserve_box_shape(ir, state->box_rel, state->boxv);
 914     }
 915 }
 916
 917 static void read_posres(gmx_mtop_t*                              mtop,
 918                         gmx::ArrayRef<const MoleculeInformation> molinfo,
 919                         gmx_bool                                 bTopB,
 920                         const char*                              fn,
 921                         RefCoordScaling                          rc_scaling,
 922                         PbcType                                  pbcType,
 923                         rvec                                     com,
 924                         warninp*                                 wi,
 925                         const gmx::MDLogger&                     logger)
 926 {
 927     gmx_bool*   hadAtom;
 928     rvec *      x, *v;
 929     dvec        sum;
 930     double      totmass;
 931     t_topology* top;
 932     matrix      box, invbox;
 933     int         natoms, npbcdim = 0;
 934     int         a, nat_molb;
 935     t_atom*     atom;
 936
 937     snew(top, 1);
 938     read_tps_conf(fn, top, nullptr, &x, &v, box, FALSE);
 939     natoms = top->atoms.nr;
 940     done_top(top);
 941     sfree(top);
 942     if (natoms != mtop->natoms)
 943     {
 944         std::string warningMessage = gmx::formatString(
 945                 "The number of atoms in %s (%d) does not match the number of atoms in the topology "
 946                 "(%d). Will assume that the first %d atoms in the topology and %s match.",
 947                 fn,
 948                 natoms,
 949                 mtop->natoms,
 950                 std::min(mtop->natoms, natoms),
 951                 fn);
 952         warning(wi, warningMessage.c_str());
 953     }
 954
 955     npbcdim = numPbcDimensions(pbcType);
 956     GMX_RELEASE_ASSERT(npbcdim <= DIM, "Invalid npbcdim");
 957     clear_rvec(com);
 958     if (rc_scaling != RefCoordScaling::No)
 959     {
 960         copy_mat(box, invbox);
 961         for (int j = npbcdim; j < DIM; j++)
 962         {
 963             clear_rvec(invbox[j]);
 964             invbox[j][j] = 1;
 965         }
 966         gmx::invertBoxMatrix(invbox, invbox);
 967     }
 968
 969     /* Copy the reference coordinates to mtop */
 970     clear_dvec(sum);
 971     totmass = 0;
 972     a       = 0;
 973     snew(hadAtom, natoms);
 974     for (gmx_molblock_t& molb : mtop->molblock)
 975     {
 976         nat_molb                       = molb.nmol * mtop->moltype[molb.type].atoms.nr;
 977         const InteractionsOfType* pr   = &(molinfo[molb.type].interactions[F_POSRES]);
 978         const InteractionsOfType* prfb = &(molinfo[molb.type].interactions[F_FBPOSRES]);
 979         if (pr->size() > 0 || prfb->size() > 0)
 980         {
 981             atom = mtop->moltype[molb.type].atoms.atom;
 982             for (const auto& restraint : pr->interactionTypes)
 983             {
 984                 int ai = restraint.ai();
 985                 if (ai >= natoms)
 986                 {
 987                     gmx_fatal(FARGS,
 988                               "Position restraint atom index (%d) in moltype '%s' is larger than "
 989                               "number of atoms in %s (%d).\n",
 990                               ai + 1,
 991                               *molinfo[molb.type].name,
 992                               fn,
 993                               natoms);
 994                 }
 995                 hadAtom[ai] = TRUE;
 996                 if (rc_scaling == RefCoordScaling::Com)
 997                 {
 998                     /* Determine the center of mass of the posres reference coordinates */
 999                     for (int j = 0; j < npbcdim; j++)
1000                     {
1001                         sum[j] += atom[ai].m * x[a + ai][j];
1002                     }
1003                     totmass += atom[ai].m;
1004                 }
1005             }
1006             /* Same for flat-bottomed posres, but do not count an atom twice for COM */
1007             for (const auto& restraint : prfb->interactionTypes)
1008             {
1009                 int ai = restraint.ai();
1010                 if (ai >= natoms)
1011                 {
1012                     gmx_fatal(FARGS,
1013                               "Position restraint atom index (%d) in moltype '%s' is larger than "
1014                               "number of atoms in %s (%d).\n",
1015                               ai + 1,
1016                               *molinfo[molb.type].name,
1017                               fn,
1018                               natoms);
1019                 }
1020                 if (rc_scaling == RefCoordScaling::Com && !hadAtom[ai])
1021                 {
1022                     /* Determine the center of mass of the posres reference coordinates */
1023                     for (int j = 0; j < npbcdim; j++)
1024                     {
1025                         sum[j] += atom[ai].m * x[a + ai][j];
1026                     }
1027                     totmass += atom[ai].m;
1028                 }
1029             }
1030             if (!bTopB)
1031             {
1032                 molb.posres_xA.resize(nat_molb);
1033                 for (int i = 0; i < nat_molb; i++)
1034                 {
1035                     copy_rvec(x[a + i], molb.posres_xA[i]);
1036                 }
1037             }
1038             else
1039             {
1040                 molb.posres_xB.resize(nat_molb);
1041                 for (int i = 0; i < nat_molb; i++)
1042                 {
1043                     copy_rvec(x[a + i], molb.posres_xB[i]);
1044                 }
1045             }
1046         }
1047         a += nat_molb;
1048     }
1049     if (rc_scaling == RefCoordScaling::Com)
1050     {
1051         if (totmass == 0)
1052         {
1053             gmx_fatal(FARGS, "The total mass of the position restraint atoms is 0");
1054         }
1055         for (int j = 0; j < npbcdim; j++)
1056         {
1057             com[j] = sum[j] / totmass;
1058         }
1059         GMX_LOG(logger.info)
1060                 .asParagraph()
1061                 .appendTextFormatted(
1062                         "The center of mass of the position restraint coord's is %6.3f %6.3f %6.3f",
1063                         com[XX],
1064                         com[YY],
1065                         com[ZZ]);
1066     }
1067
1068     if (rc_scaling != RefCoordScaling::No)
1069     {
1070         GMX_ASSERT(npbcdim <= DIM, "Only DIM dimensions can have PBC");
1071
1072         for (gmx_molblock_t& molb : mtop->molblock)
1073         {
1074             nat_molb = molb.nmol * mtop->moltype[molb.type].atoms.nr;
1075             if (!molb.posres_xA.empty() || !molb.posres_xB.empty())
1076             {
1077                 std::vector<gmx::RVec>& xp = (!bTopB ? molb.posres_xA : molb.posres_xB);
1078                 for (int i = 0; i < nat_molb; i++)
1079                 {
1080                     for (int j = 0; j < npbcdim; j++)
1081                     {
1082                         if (rc_scaling == RefCoordScaling::All)
1083                         {
1084                             /* Convert from Cartesian to crystal coordinates */
1085                             xp[i][j] *= invbox[j][j];
1086                             for (int k = j + 1; k < npbcdim; k++)
1087                             {
1088                                 xp[i][j] += invbox[k][j] * xp[i][k];
1089                             }
1090                         }
1091                         else if (rc_scaling == RefCoordScaling::Com)
1092                         {
1093                             /* Subtract the center of mass */
1094                             xp[i][j] -= com[j];
1095                         }
1096                     }
1097                 }
1098             }
1099         }
1100
1101         if (rc_scaling == RefCoordScaling::Com)
1102         {
1103             /* Convert the COM from Cartesian to crystal coordinates */
1104             for (int j = 0; j < npbcdim; j++)
1105             {
1106                 com[j] *= invbox[j][j];
1107                 for (int k = j + 1; k < npbcdim; k++)
1108                 {
1109                     com[j] += invbox[k][j] * com[k];
1110                 }
1111             }
1112         }
1113     }
1114
1115     sfree(x);
1116     sfree(v);
1117     sfree(hadAtom);
1118 }
1119
1120 static void gen_posres(gmx_mtop_t*                              mtop,
1121                        gmx::ArrayRef<const MoleculeInformation> mi,
1122                        const char*                              fnA,
1123                        const char*                              fnB,
1124                        RefCoordScaling                          rc_scaling,
1125                        PbcType                                  pbcType,
1126                        rvec                                     com,
1127                        rvec                                     comB,
1128                        warninp*                                 wi,
1129                        const gmx::MDLogger&                     logger)
1130 {
1131     read_posres(mtop, mi, FALSE, fnA, rc_scaling, pbcType, com, wi, logger);
1132     /* It is safer to simply read the b-state posres rather than trying
1133      * to be smart and copy the positions.
1134      */
1135     read_posres(mtop, mi, TRUE, fnB, rc_scaling, pbcType, comB, wi, logger);
1136 }
1137
1138 static void set_wall_atomtype(PreprocessingAtomTypes* at,
1139                               t_gromppopts*           opts,
1140                               t_inputrec*             ir,
1141                               warninp*                wi,
1142                               const gmx::MDLogger&    logger)
1143 {
1144     int i;
1145
1146     if (ir->nwall > 0)
1147     {
1148         GMX_LOG(logger.info).asParagraph().appendTextFormatted("Searching the wall atom type(s)");
1149     }
1150     for (i = 0; i < ir->nwall; i++)
1151     {
1152         ir->wall_atomtype[i] = at->atomTypeFromName(opts->wall_atomtype[i]);
1153         if (ir->wall_atomtype[i] == NOTSET)
1154         {
1155             std::string warningMessage = gmx::formatString(
1156                     "Specified wall atom type %s is not defined", opts->wall_atomtype[i]);
1157             warning_error(wi, warningMessage.c_str());
1158         }
1159     }
1160 }
1161
1162 static int nrdf_internal(const t_atoms* atoms)
1163 {
1164     int i, nmass, nrdf;
1165
1166     nmass = 0;
1167     for (i = 0; i < atoms->nr; i++)
1168     {
1169         /* Vsite ptype might not be set here yet, so also check the mass */
1170         if ((atoms->atom[i].ptype == eptAtom || atoms->atom[i].ptype == eptNucleus) && atoms->atom[i].m > 0)
1171         {
1172             nmass++;
1173         }
1174     }
1175     switch (nmass)
1176     {
1177         case 0: // Fall through intended
1178         case 1: nrdf = 0; break;
1179         case 2: nrdf = 1; break;
1180         default: nrdf = nmass * 3 - 6; break;
1181     }
1182
1183     return nrdf;
1184 }
1185
1186 static void spline1d(double dx, const double* y, int n, double* u, double* y2)
1187 {
1188     int    i;
1189     double p, q;
1190
1191     y2[0] = 0.0;
1192     u[0]  = 0.0;
1193
1194     for (i = 1; i < n - 1; i++)
1195     {
1196         p     = 0.5 * y2[i - 1] + 2.0;
1197         y2[i] = -0.5 / p;
1198         q     = (y[i + 1] - 2.0 * y[i] + y[i - 1]) / dx;
1199         u[i]  = (3.0 * q / dx - 0.5 * u[i - 1]) / p;
1200     }
1201
1202     y2[n - 1] = 0.0;
1203
1204     for (i = n - 2; i >= 0; i--)
1205     {
1206         y2[i] = y2[i] * y2[i + 1] + u[i];
1207     }
1208 }
1209
1210
1211 static void
1212 interpolate1d(double xmin, double dx, const double* ya, const double* y2a, double x, double* y, double* y1)
1213 {
1214     int    ix;
1215     double a, b;
1216
1217     ix = static_cast<int>((x - xmin) / dx);
1218
1219     a = (xmin + (ix + 1) * dx - x) / dx;
1220     b = (x - xmin - ix * dx) / dx;
1221
1222     *y = a * ya[ix] + b * ya[ix + 1]
1223          + ((a * a * a - a) * y2a[ix] + (b * b * b - b) * y2a[ix + 1]) * (dx * dx) / 6.0;
1224     *y1 = (ya[ix + 1] - ya[ix]) / dx - (3.0 * a * a - 1.0) / 6.0 * dx * y2a[ix]
1225           + (3.0 * b * b - 1.0) / 6.0 * dx * y2a[ix + 1];
1226 }
1227
1228
1229 static void setup_cmap(int grid_spacing, int nc, gmx::ArrayRef<const real> grid, gmx_cmap_t* cmap_grid)
1230 {
1231     int    i, j, k, ii, jj, kk, idx;
1232     int    offset;
1233     double dx, xmin, v, v1, v2, v12;
1234     double phi, psi;
1235
1236     std::vector<double> tmp_u(2 * grid_spacing, 0.0);
1237     std::vector<double> tmp_u2(2 * grid_spacing, 0.0);
1238     std::vector<double> tmp_yy(2 * grid_spacing, 0.0);
1239     std::vector<double> tmp_y1(2 * grid_spacing, 0.0);
1240     std::vector<double> tmp_t2(2 * grid_spacing * 2 * grid_spacing, 0.0);
1241     std::vector<double> tmp_grid(2 * grid_spacing * 2 * grid_spacing, 0.0);
1242
1243     dx   = 360.0 / grid_spacing;
1244     xmin = -180.0 - dx * grid_spacing / 2;
1245
1246     for (kk = 0; kk < nc; kk++)
1247     {
1248         /* Compute an offset depending on which cmap we are using
1249          * Offset will be the map number multiplied with the
1250          * grid_spacing * grid_spacing * 2
1251          */
1252         offset = kk * grid_spacing * grid_spacing * 2;
1253
1254         for (i = 0; i < 2 * grid_spacing; i++)
1255         {
1256             ii = (i + grid_spacing - grid_spacing / 2) % grid_spacing;
1257
1258             for (j = 0; j < 2 * grid_spacing; j++)
1259             {
1260                 jj = (j + grid_spacing - grid_spacing / 2) % grid_spacing;
1261                 tmp_grid[i * grid_spacing * 2 + j] = grid[offset + ii * grid_spacing + jj];
1262             }
1263         }
1264
1265         for (i = 0; i < 2 * grid_spacing; i++)
1266         {
1267             spline1d(dx,
1268                      &(tmp_grid[2 * grid_spacing * i]),
1269                      2 * grid_spacing,
1270                      tmp_u.data(),
1271                      &(tmp_t2[2 * grid_spacing * i]));
1272         }
1273
1274         for (i = grid_spacing / 2; i < grid_spacing + grid_spacing / 2; i++)
1275         {
1276             ii  = i - grid_spacing / 2;
1277             phi = ii * dx - 180.0;
1278
1279             for (j = grid_spacing / 2; j < grid_spacing + grid_spacing / 2; j++)
1280             {
1281                 jj  = j - grid_spacing / 2;
1282                 psi = jj * dx - 180.0;
1283
1284                 for (k = 0; k < 2 * grid_spacing; k++)
1285                 {
1286                     interpolate1d(xmin,
1287                                   dx,
1288                                   &(tmp_grid[2 * grid_spacing * k]),
1289                                   &(tmp_t2[2 * grid_spacing * k]),
1290                                   psi,
1291                                   &tmp_yy[k],
1292                                   &tmp_y1[k]);
1293                 }
1294
1295                 spline1d(dx, tmp_yy.data(), 2 * grid_spacing, tmp_u.data(), tmp_u2.data());
1296                 interpolate1d(xmin, dx, tmp_yy.data(), tmp_u2.data(), phi, &v, &v1);
1297                 spline1d(dx, tmp_y1.data(), 2 * grid_spacing, tmp_u.data(), tmp_u2.data());
1298                 interpolate1d(xmin, dx, tmp_y1.data(), tmp_u2.data(), phi, &v2, &v12);
1299
1300                 idx                                       = ii * grid_spacing + jj;
1301                 cmap_grid->cmapdata[kk].cmap[idx * 4]     = grid[offset + ii * grid_spacing + jj];
1302                 cmap_grid->cmapdata[kk].cmap[idx * 4 + 1] = v1;
1303                 cmap_grid->cmapdata[kk].cmap[idx * 4 + 2] = v2;
1304                 cmap_grid->cmapdata[kk].cmap[idx * 4 + 3] = v12;
1305             }
1306         }
1307     }
1308 }
1309
1310 static void init_cmap_grid(gmx_cmap_t* cmap_grid, int ngrid, int grid_spacing)
1311 {
1312     int i, nelem;
1313
1314     cmap_grid->grid_spacing = grid_spacing;
1315     nelem                   = cmap_grid->grid_spacing * cmap_grid->grid_spacing;
1316
1317     cmap_grid->cmapdata.resize(ngrid);
1318
1319     for (i = 0; i < ngrid; i++)
1320     {
1321         cmap_grid->cmapdata[i].cmap.resize(4 * nelem);
1322     }
1323 }
1324
1325
1326 static int count_constraints(const gmx_mtop_t* mtop, gmx::ArrayRef<const MoleculeInformation> mi, warninp* wi)
1327 {
1328     int count, count_mol;
1329
1330     count = 0;
1331     for (const gmx_molblock_t& molb : mtop->molblock)
1332     {
1333         count_mol                                            = 0;
1334         gmx::ArrayRef<const InteractionsOfType> interactions = mi[molb.type].interactions;
1335
1336         for (int i = 0; i < F_NRE; i++)
1337         {
1338             if (i == F_SETTLE)
1339             {
1340                 count_mol += 3 * interactions[i].size();
1341             }
1342             else if (interaction_function[i].flags & IF_CONSTRAINT)
1343             {
1344                 count_mol += interactions[i].size();
1345             }
1346         }
1347
1348         if (count_mol > nrdf_internal(&mi[molb.type].atoms))
1349         {
1350             std::string warningMessage = gmx::formatString(
1351                     "Molecule type '%s' has %d constraints.\n"
1352                     "For stability and efficiency there should not be more constraints than "
1353                     "internal number of degrees of freedom: %d.\n",
1354                     *mi[molb.type].name,
1355                     count_mol,
1356                     nrdf_internal(&mi[molb.type].atoms));
1357             warning(wi, warningMessage.c_str());
1358         }
1359         count += molb.nmol * count_mol;
1360     }
1361
1362     return count;
1363 }
1364
1365 static real calc_temp(const gmx_mtop_t* mtop, const t_inputrec* ir, rvec* v)
1366 {
1367     double sum_mv2 = 0;
1368     for (const AtomProxy atomP : AtomRange(*mtop))
1369     {
1370         const t_atom& local = atomP.atom();
1371         int           i     = atomP.globalAtomNumber();
1372         sum_mv2 += local.m * norm2(v[i]);
1373     }
1374
1375     double nrdf = 0;
1376     for (int g = 0; g < ir->opts.ngtc; g++)
1377     {
1378         nrdf += ir->opts.nrdf[g];
1379     }
1380
1381     return sum_mv2 / (nrdf * BOLTZ);
1382 }
1383
1384 static real get_max_reference_temp(const t_inputrec* ir, warninp* wi)
1385 {
1386     real ref_t;
1387     int  i;
1388     bool bNoCoupl;
1389
1390     ref_t    = 0;
1391     bNoCoupl = false;
1392     for (i = 0; i < ir->opts.ngtc; i++)
1393     {
1394         if (ir->opts.tau_t[i] < 0)
1395         {
1396             bNoCoupl = true;
1397         }
1398         else
1399         {
1400             ref_t = std::max(ref_t, ir->opts.ref_t[i]);
1401         }
1402     }
1403
1404     if (bNoCoupl)
1405     {
1406         std::string warningMessage = gmx::formatString(
1407                 "Some temperature coupling groups do not use temperature coupling. We will assume "
1408                 "their temperature is not more than %.3f K. If their temperature is higher, the "
1409                 "energy error and the Verlet buffer might be underestimated.",
1410                 ref_t);
1411         warning(wi, warningMessage.c_str());
1412     }
1413
1414     return ref_t;
1415 }
1416
1417 /* Checks if there are unbound atoms in moleculetype molt.
1418  * Prints a note for each unbound atoms and a warning if any is present.
1419  */
1420 static void checkForUnboundAtoms(const gmx_moltype_t* molt, gmx_bool bVerbose, warninp* wi, const gmx::MDLogger& logger)
1421 {
1422     const t_atoms* atoms = &molt->atoms;
1423
1424     if (atoms->nr == 1)
1425     {
1426         /* Only one atom, there can't be unbound atoms */
1427         return;
1428     }
1429
1430     std::vector<int> count(atoms->nr, 0);
1431
1432     for (int ftype = 0; ftype < F_NRE; ftype++)
1433     {
1434         if (((interaction_function[ftype].flags & IF_BOND) && NRAL(ftype) == 2 && ftype != F_CONNBONDS)
1435             || (interaction_function[ftype].flags & IF_CONSTRAINT) || ftype == F_SETTLE)
1436         {
1437             const InteractionList& il   = molt->ilist[ftype];
1438             const int              nral = NRAL(ftype);
1439
1440             for (int i = 0; i < il.size(); i += 1 + nral)
1441             {
1442                 for (int j = 0; j < nral; j++)
1443                 {
1444                     count[il.iatoms[i + 1 + j]]++;
1445                 }
1446             }
1447         }
1448     }
1449
1450     int numDanglingAtoms = 0;
1451     for (int a = 0; a < atoms->nr; a++)
1452     {
1453         if (atoms->atom[a].ptype != eptVSite && count[a] == 0)
1454         {
1455             if (bVerbose)
1456             {
1457                 GMX_LOG(logger.warning)
1458                         .asParagraph()
1459                         .appendTextFormatted(
1460                                 "Atom %d '%s' in moleculetype '%s' is not bound by a potential or "
1461                                 "constraint to any other atom in the same moleculetype.",
1462                                 a + 1,
1463                                 *atoms->atomname[a],
1464                                 *molt->name);
1465             }
1466             numDanglingAtoms++;
1467         }
1468     }
1469
1470     if (numDanglingAtoms > 0)
1471     {
1472         std::string warningMessage = gmx::formatString(
1473                 "In moleculetype '%s' %d atoms are not bound by a potential or constraint to any "
1474                 "other atom in the same moleculetype. Although technically this might not cause "
1475                 "issues in a simulation, this often means that the user forgot to add a "
1476                 "bond/potential/constraint or put multiple molecules in the same moleculetype "
1477                 "definition by mistake. Run with -v to get information for each atom.",
1478                 *molt->name,
1479                 numDanglingAtoms);
1480         warning_note(wi, warningMessage.c_str());
1481     }
1482 }
1483
1484 /* Checks all moleculetypes for unbound atoms */
1485 static void checkForUnboundAtoms(const gmx_mtop_t* mtop, gmx_bool bVerbose, warninp* wi, const gmx::MDLogger& logger)
1486 {
1487     for (const gmx_moltype_t& molt : mtop->moltype)
1488     {
1489         checkForUnboundAtoms(&molt, bVerbose, wi, logger);
1490     }
1491 }
1492
1493 /*! \brief Checks if there are decoupled modes in moleculetype \p molt.
1494  *
1495  * The specific decoupled modes this routine check for are angle modes
1496  * where the two bonds are constrained and the atoms a both ends are only
1497  * involved in a single constraint; the mass of the two atoms needs to
1498  * differ by more than \p massFactorThreshold.
1499  */
1500 static bool haveDecoupledModeInMol(const gmx_moltype_t&           molt,
1501                                    gmx::ArrayRef<const t_iparams> iparams,
1502                                    real                           massFactorThreshold)
1503 {
1504     if (molt.ilist[F_CONSTR].empty() && molt.ilist[F_CONSTRNC].empty())
1505     {
1506         return false;
1507     }
1508
1509     const t_atom* atom = molt.atoms.atom;
1510
1511     const auto atomToConstraints =
1512             gmx::make_at2con(molt, iparams, gmx::FlexibleConstraintTreatment::Exclude);
1513
1514     bool haveDecoupledMode = false;
1515     for (int ftype = 0; ftype < F_NRE; ftype++)
1516     {
1517         if (interaction_function[ftype].flags & IF_ATYPE)
1518         {
1519             const int              nral = NRAL(ftype);
1520             const InteractionList& il   = molt.ilist[ftype];
1521             for (int i = 0; i < il.size(); i += 1 + nral)
1522             {
1523                 /* Here we check for the mass difference between the atoms
1524                  * at both ends of the angle, that the atoms at the ends have
1525                  * 1 contraint and the atom in the middle at least 3; we check
1526                  * that the 3 atoms are linked by constraints below.
1527                  * We check for at least three constraints for the middle atom,
1528                  * since with only the two bonds in the angle, we have 3-atom
1529                  * molecule, which has much more thermal exhange in this single
1530                  * angle mode than molecules with more atoms.
1531                  * Note that this check also catches molecules where more atoms
1532                  * are connected to one or more atoms in the angle, but by
1533                  * bond potentials instead of angles. But such cases will not
1534                  * occur in "normal" molecules and it doesn't hurt running
1535                  * those with higher accuracy settings as well.
1536                  */
1537                 int a0 = il.iatoms[1 + i];
1538                 int a1 = il.iatoms[1 + i + 1];
1539                 int a2 = il.iatoms[1 + i + 2];
1540                 if ((atom[a0].m > atom[a2].m * massFactorThreshold || atom[a2].m > atom[a0].m * massFactorThreshold)
1541                     && atomToConstraints[a0].ssize() == 1 && atomToConstraints[a2].ssize() == 1
1542                     && atomToConstraints[a1].ssize() >= 3)
1543                 {
1544                     int constraint0 = atomToConstraints[a0][0];
1545                     int constraint2 = atomToConstraints[a2][0];
1546
1547                     bool foundAtom0 = false;
1548                     bool foundAtom2 = false;
1549                     for (const int constraint : atomToConstraints[a1])
1550                     {
1551                         if (constraint == constraint0)
1552                         {
1553                             foundAtom0 = true;
1554                         }
1555                         if (constraint == constraint2)
1556                         {
1557                             foundAtom2 = true;
1558                         }
1559                     }
1560                     if (foundAtom0 && foundAtom2)
1561                     {
1562                         haveDecoupledMode = true;
1563                     }
1564                 }
1565             }
1566         }
1567     }
1568
1569     return haveDecoupledMode;
1570 }
1571
1572 /*! \brief Checks if the Verlet buffer and constraint accuracy is sufficient for decoupled dynamic modes.
1573  *
1574  * When decoupled modes are present and the accuray in insufficient,
1575  * this routine issues a warning if the accuracy is insufficient.
1576  */
1577 static void checkDecoupledModeAccuracy(const gmx_mtop_t* mtop, const t_inputrec* ir, warninp* wi)
1578 {
1579     /* We only have issues with decoupled modes with normal MD.
1580      * With stochastic dynamics equipartitioning is enforced strongly.
1581      */
1582     if (!EI_MD(ir->eI))
1583     {
1584         return;
1585     }
1586
1587     /* When atoms of very different mass are involved in an angle potential
1588      * and both bonds in the angle are constrained, the dynamic modes in such
1589      * angles have very different periods and significant energy exchange
1590      * takes several nanoseconds. Thus even a small amount of error in
1591      * different algorithms can lead to violation of equipartitioning.
1592      * The parameters below are mainly based on an all-atom chloroform model
1593      * with all bonds constrained. Equipartitioning is off by more than 1%
1594      * (need to run 5-10 ns) when the difference in mass between H and Cl
1595      * is more than a factor 13 and the accuracy is less than the thresholds
1596      * given below. This has been verified on some other molecules.
1597      *
1598      * Note that the buffer and shake parameters have unit length and
1599      * energy/time, respectively, so they will "only" work correctly
1600      * for atomistic force fields using MD units.
1601      */
1602     const real massFactorThreshold      = 13.0;
1603     const real bufferToleranceThreshold = 1e-4;
1604     const int  lincsIterationThreshold  = 2;
1605     const int  lincsOrderThreshold      = 4;
1606     const real shakeToleranceThreshold  = 0.005 * ir->delta_t;
1607
1608     bool lincsWithSufficientTolerance =
1609             (ir->eConstrAlg == ConstraintAlgorithm::Lincs
1610              && ir->nLincsIter >= lincsIterationThreshold && ir->nProjOrder >= lincsOrderThreshold);
1611     bool shakeWithSufficientTolerance = (ir->eConstrAlg == ConstraintAlgorithm::Shake
1612                                          && ir->shake_tol <= 1.1 * shakeToleranceThreshold);
1613     if (ir->cutoff_scheme == CutoffScheme::Verlet && ir->verletbuf_tol <= 1.1 * bufferToleranceThreshold
1614         && (lincsWithSufficientTolerance || shakeWithSufficientTolerance))
1615     {
1616         return;
1617     }
1618
1619     bool haveDecoupledMode = false;
1620     for (const gmx_moltype_t& molt : mtop->moltype)
1621     {
1622         if (haveDecoupledModeInMol(molt, mtop->ffparams.iparams, massFactorThreshold))
1623         {
1624             haveDecoupledMode = true;
1625         }
1626     }
1627
1628     if (haveDecoupledMode)
1629     {
1630         std::string message = gmx::formatString(
1631                 "There are atoms at both ends of an angle, connected by constraints "
1632                 "and with masses that differ by more than a factor of %g. This means "
1633                 "that there are likely dynamic modes that are only very weakly coupled.",
1634                 massFactorThreshold);
1635         if (ir->cutoff_scheme == CutoffScheme::Verlet)
1636         {
1637             message += gmx::formatString(
1638                     " To ensure good equipartitioning, you need to either not use "
1639                     "constraints on all bonds (but, if possible, only on bonds involving "
1640                     "hydrogens) or use integrator = %s or decrease one or more tolerances: "
1641                     "verlet-buffer-tolerance <= %g, LINCS iterations >= %d, LINCS order "
1642                     ">= %d or SHAKE tolerance <= %g",
1643                     enumValueToString(IntegrationAlgorithm::SD1),
1644                     bufferToleranceThreshold,
1645                     lincsIterationThreshold,
1646                     lincsOrderThreshold,
1647                     shakeToleranceThreshold);
1648         }
1649         else
1650         {
1651             message += gmx::formatString(
1652                     " To ensure good equipartitioning, we suggest to switch to the %s "
1653                     "cutoff-scheme, since that allows for better control over the Verlet "
1654                     "buffer size and thus over the energy drift.",
1655                     enumValueToString(CutoffScheme::Verlet));
1656         }
1657         warning(wi, message);
1658     }
1659 }
1660
1661 static void set_verlet_buffer(const gmx_mtop_t*    mtop,
1662                               t_inputrec*          ir,
1663                               real                 buffer_temp,
1664                               matrix               box,
1665                               warninp*             wi,
1666                               const gmx::MDLogger& logger)
1667 {
1668     GMX_LOG(logger.info)
1669             .asParagraph()
1670             .appendTextFormatted(
1671                     "Determining Verlet buffer for a tolerance of %g kJ/mol/ps at %g K",
1672                     ir->verletbuf_tol,
1673                     buffer_temp);
1674
1675     /* Calculate the buffer size for simple atom vs atoms list */
1676     VerletbufListSetup listSetup1x1;
1677     listSetup1x1.cluster_size_i = 1;
1678     listSetup1x1.cluster_size_j = 1;
1679     const real rlist_1x1        = calcVerletBufferSize(
1680             *mtop, det(box), *ir, ir->nstlist, ir->nstlist - 1, buffer_temp, listSetup1x1);
1681
1682     /* Set the pair-list buffer size in ir */
1683     VerletbufListSetup listSetup4x4 = verletbufGetSafeListSetup(ListSetupType::CpuNoSimd);
1684     ir->rlist                       = calcVerletBufferSize(
1685             *mtop, det(box), *ir, ir->nstlist, ir->nstlist - 1, buffer_temp, listSetup4x4);
1686
1687     const int n_nonlin_vsite = gmx::countNonlinearVsites(*mtop);
1688     if (n_nonlin_vsite > 0)
1689     {
1690         std::string warningMessage = gmx::formatString(
1691                 "There are %d non-linear virtual site constructions. Their contribution to the "
1692                 "energy error is approximated. In most cases this does not affect the error "
1693                 "significantly.",
1694                 n_nonlin_vsite);
1695         warning_note(wi, warningMessage);
1696     }
1697
1698     GMX_LOG(logger.info)
1699             .asParagraph()
1700             .appendTextFormatted(
1701                     "Calculated rlist for %dx%d atom pair-list as %.3f nm, buffer size %.3f nm",
1702                     1,
1703                     1,
1704                     rlist_1x1,
1705                     rlist_1x1 - std::max(ir->rvdw, ir->rcoulomb));
1706
1707     GMX_LOG(logger.info)
1708             .asParagraph()
1709             .appendTextFormatted(
1710                     "Set rlist, assuming %dx%d atom pair-list, to %.3f nm, buffer size %.3f nm",
1711                     listSetup4x4.cluster_size_i,
1712                     listSetup4x4.cluster_size_j,
1713                     ir->rlist,
1714                     ir->rlist - std::max(ir->rvdw, ir->rcoulomb));
1715
1716     GMX_LOG(logger.info)
1717             .asParagraph()
1718             .appendTextFormatted(
1719                     "Note that mdrun will redetermine rlist based on the actual pair-list setup");
1720
1721     if (gmx::square(ir->rlist) >= max_cutoff2(ir->pbcType, box))
1722     {
1723         gmx_fatal(FARGS,
1724                   "The pair-list cut-off (%g nm) is longer than half the shortest box vector or "
1725                   "longer than the smallest box diagonal element (%g nm). Increase the box size or "
1726                   "decrease nstlist or increase verlet-buffer-tolerance.",
1727                   ir->rlist,
1728                   std::sqrt(max_cutoff2(ir->pbcType, box)));
1729     }
1730 }
1731
1732 int gmx_grompp(int argc, char* argv[])
1733 {
1734     const char* desc[] = {
1735         "[THISMODULE] (the gromacs preprocessor)",
1736         "reads a molecular topology file, checks the validity of the",
1737         "file, expands the topology from a molecular description to an atomic",
1738         "description. The topology file contains information about",
1739         "molecule types and the number of molecules, the preprocessor",
1740         "copies each molecule as needed. ",
1741         "There is no limitation on the number of molecule types. ",
1742         "Bonds and bond-angles can be converted into constraints, separately",
1743         "for hydrogens and heavy atoms.",
1744         "Then a coordinate file is read and velocities can be generated",
1745         "from a Maxwellian distribution if requested.",
1746         "[THISMODULE] also reads parameters for [gmx-mdrun] ",
1747         "(eg. number of MD steps, time step, cut-off).",
1748         "Eventually a binary file is produced that can serve as the sole input",
1749         "file for the MD program.[PAR]",
1750
1751         "[THISMODULE] uses the atom names from the topology file. The atom names",
1752         "in the coordinate file (option [TT]-c[tt]) are only read to generate",
1753         "warnings when they do not match the atom names in the topology.",
1754         "Note that the atom names are irrelevant for the simulation as",
1755         "only the atom types are used for generating interaction parameters.[PAR]",
1756
1757         "[THISMODULE] uses a built-in preprocessor to resolve includes, macros, ",
1758         "etc. The preprocessor supports the following keywords::",
1759         "",
1760         "    #ifdef VARIABLE",
1761         "    #ifndef VARIABLE",
1762         "    #else",
1763         "    #endif",
1764         "    #define VARIABLE",
1765         "    #undef VARIABLE",
1766         "    #include \"filename\"",
1767         "    #include <filename>",
1768         "",
1769         "The functioning of these statements in your topology may be modulated by",
1770         "using the following two flags in your [REF].mdp[ref] file::",
1771         "",
1772         "    define = -DVARIABLE1 -DVARIABLE2",
1773         "    include = -I/home/john/doe",
1774         "",
1775         "For further information a C-programming textbook may help you out.",
1776         "Specifying the [TT]-pp[tt] flag will get the pre-processed",
1777         "topology file written out so that you can verify its contents.[PAR]",
1778
1779         "When using position restraints, a file with restraint coordinates",
1780         "must be supplied with [TT]-r[tt] (can be the same file as supplied",
1781         "for [TT]-c[tt]). For free energy calculations, separate reference",
1782         "coordinates for the B topology can be supplied with [TT]-rb[tt],",
1783         "otherwise they will be equal to those of the A topology.[PAR]",
1784
1785         "Starting coordinates can be read from trajectory with [TT]-t[tt].",
1786         "The last frame with coordinates and velocities will be read,",
1787         "unless the [TT]-time[tt] option is used. Only if this information",
1788         "is absent will the coordinates in the [TT]-c[tt] file be used.",
1789         "Note that these velocities will not be used when [TT]gen_vel = yes[tt]",
1790         "in your [REF].mdp[ref] file. An energy file can be supplied with",
1791         "[TT]-e[tt] to read Nose-Hoover and/or Parrinello-Rahman coupling",
1792         "variables.[PAR]",
1793
1794         "[THISMODULE] can be used to restart simulations (preserving",
1795         "continuity) by supplying just a checkpoint file with [TT]-t[tt].",
1796         "However, for simply changing the number of run steps to extend",
1797         "a run, using [gmx-convert-tpr] is more convenient than [THISMODULE].",
1798         "You then supply the old checkpoint file directly to [gmx-mdrun]",
1799         "with [TT]-cpi[tt]. If you wish to change the ensemble or things",
1800         "like output frequency, then supplying the checkpoint file to",
1801         "[THISMODULE] with [TT]-t[tt] along with a new [REF].mdp[ref] file",
1802         "with [TT]-f[tt] is the recommended procedure. Actually preserving",
1803         "the ensemble (if possible) still requires passing the checkpoint",
1804         "file to [gmx-mdrun] [TT]-cpi[tt].[PAR]",
1805
1806         "By default, all bonded interactions which have constant energy due to",
1807         "virtual site constructions will be removed. If this constant energy is",
1808         "not zero, this will result in a shift in the total energy. All bonded",
1809         "interactions can be kept by turning off [TT]-rmvsbds[tt]. Additionally,",
1810         "all constraints for distances which will be constant anyway because",
1811         "of virtual site constructions will be removed. If any constraints remain",
1812         "which involve virtual sites, a fatal error will result.[PAR]",
1813
1814         "To verify your run input file, please take note of all warnings",
1815         "on the screen, and correct where necessary. Do also look at the contents",
1816         "of the [TT]mdout.mdp[tt] file; this contains comment lines, as well as",
1817         "the input that [THISMODULE] has read. If in doubt, you can start [THISMODULE]",
1818         "with the [TT]-debug[tt] option which will give you more information",
1819         "in a file called [TT]grompp.log[tt] (along with real debug info). You",
1820         "can see the contents of the run input file with the [gmx-dump]",
1821         "program. [gmx-check] can be used to compare the contents of two",
1822         "run input files.[PAR]",
1823
1824         "The [TT]-maxwarn[tt] option can be used to override warnings printed",
1825         "by [THISMODULE] that otherwise halt output. In some cases, warnings are",
1826         "harmless, but usually they are not. The user is advised to carefully",
1827         "interpret the output messages before attempting to bypass them with",
1828         "this option."
1829     };
1830     std::vector<MoleculeInformation>     mi;
1831     std::unique_ptr<MoleculeInformation> intermolecular_interactions;
1832     int                                  nvsite;
1833     CombinationRule                      comb;
1834     real                                 fudgeQQ;
1835     double                               reppow;
1836     const char*                          mdparin;
1837     bool                                 bNeedVel, bGenVel;
1838     gmx_output_env_t*                    oenv;
1839     gmx_bool                             bVerbose = FALSE;
1840     warninp*                             wi;
1841
1842     t_filenm fnm[] = { { efMDP, nullptr, nullptr, ffREAD },
1843                        { efMDP, "-po", "mdout", ffWRITE },
1844                        { efSTX, "-c", nullptr, ffREAD },
1845                        { efSTX, "-r", "restraint", ffOPTRD },
1846                        { efSTX, "-rb", "restraint", ffOPTRD },
1847                        { efNDX, nullptr, nullptr, ffOPTRD },
1848                        { efTOP, nullptr, nullptr, ffREAD },
1849                        { efTOP, "-pp", "processed", ffOPTWR },
1850                        { efTPR, "-o", nullptr, ffWRITE },
1851                        { efTRN, "-t", nullptr, ffOPTRD },
1852                        { efEDR, "-e", nullptr, ffOPTRD },
1853                        /* This group is needed by the VMD viewer as the start configuration for IMD sessions: */
1854                        { efGRO, "-imd", "imdgroup", ffOPTWR },
1855                        { efTRN, "-ref", "rotref", ffOPTRW | ffALLOW_MISSING } };
1856 #define NFILE asize(fnm)
1857
1858     /* Command line options */
1859     gmx_bool bRenum   = TRUE;
1860     gmx_bool bRmVSBds = TRUE, bZero = FALSE;
1861     int      i, maxwarn             = 0;
1862     real     fr_time = -1;
1863     t_pargs  pa[]    = {
1864         { "-v", FALSE, etBOOL, { &bVerbose }, "Be loud and noisy" },
1865         { "-time", FALSE, etREAL, { &fr_time }, "Take frame at or first after this time." },
1866         { "-rmvsbds",
1867           FALSE,
1868           etBOOL,
1869           { &bRmVSBds },
1870           "Remove constant bonded interactions with virtual sites" },
1871         { "-maxwarn",
1872           FALSE,
1873           etINT,
1874           { &maxwarn },
1875           "Number of allowed warnings during input processing. Not for normal use and may "
1876           "generate unstable systems" },
1877         { "-zero",
1878           FALSE,
1879           etBOOL,
1880           { &bZero },
1881           "Set parameters for bonded interactions without defaults to zero instead of "
1882           "generating an error" },
1883         { "-renum",
1884           FALSE,
1885           etBOOL,
1886           { &bRenum },
1887           "Renumber atomtypes and minimize number of atomtypes" }
1888     };
1889
1890     /* Parse the command line */
1891     if (!parse_common_args(&argc, argv, 0, NFILE, fnm, asize(pa), pa, asize(desc), desc, 0, nullptr, &oenv))
1892     {
1893         return 0;
1894     }
1895
1896     /* Initiate some variables */
1897     gmx::MDModules mdModules;
1898     t_inputrec     irInstance;
1899     t_inputrec*    ir = &irInstance;
1900     t_gromppopts   optsInstance;
1901     t_gromppopts*  opts = &optsInstance;
1902     snew(opts->include, STRLEN);
1903     snew(opts->define, STRLEN);
1904
1905     gmx::LoggerBuilder builder;
1906     builder.addTargetStream(gmx::MDLogger::LogLevel::Info, &gmx::TextOutputFile::standardOutput());
1907     builder.addTargetStream(gmx::MDLogger::LogLevel::Warning, &gmx::TextOutputFile::standardError());
1908     gmx::LoggerOwner    logOwner(builder.build());
1909     const gmx::MDLogger logger(logOwner.logger());
1910
1911
1912     wi = init_warning(TRUE, maxwarn);
1913
1914     /* PARAMETER file processing */
1915     mdparin = opt2fn("-f", NFILE, fnm);
1916     set_warning_line(wi, mdparin, -1);
1917     try
1918     {
1919         get_ir(mdparin, opt2fn("-po", NFILE, fnm), &mdModules, ir, opts, WriteMdpHeader::yes, wi);
1920     }
1921     GMX_CATCH_ALL_AND_EXIT_WITH_FATAL_ERROR
1922
1923     // Now that the MdModules have their options assigned from get_ir, subscribe
1924     // to eventual notifications during pre-processing their data
1925     mdModules.subscribeToPreProcessingNotifications();
1926
1927
1928     if (bVerbose)
1929     {
1930         GMX_LOG(logger.info)
1931                 .asParagraph()
1932                 .appendTextFormatted("checking input for internal consistency...");
1933     }
1934     check_ir(mdparin, mdModules.notifier(), ir, opts, wi);
1935
1936     if (ir->ld_seed == -1)
1937     {
1938         ir->ld_seed = static_cast<int>(gmx::makeRandomSeed());
1939         GMX_LOG(logger.info)
1940                 .asParagraph()
1941                 .appendTextFormatted("Setting the LD random seed to %" PRId64 "", ir->ld_seed);
1942     }
1943
1944     if (ir->expandedvals->lmc_seed == -1)
1945     {
1946         ir->expandedvals->lmc_seed = static_cast<int>(gmx::makeRandomSeed());
1947         GMX_LOG(logger.info)
1948                 .asParagraph()
1949                 .appendTextFormatted("Setting the lambda MC random seed to %d", ir->expandedvals->lmc_seed);
1950     }
1951
1952     bNeedVel = EI_STATE_VELOCITY(ir->eI);
1953     bGenVel  = (bNeedVel && opts->bGenVel);
1954     if (bGenVel && ir->bContinuation)
1955     {
1956         std::string warningMessage = gmx::formatString(
1957                 "Generating velocities is inconsistent with attempting "
1958                 "to continue a previous run. Choose only one of "
1959                 "gen-vel = yes and continuation = yes.");
1960         warning_error(wi, warningMessage);
1961     }
1962
1963     std::array<InteractionsOfType, F_NRE> interactions;
1964     gmx_mtop_t                            sys;
1965     PreprocessingAtomTypes                atypes;
1966     if (debug)
1967     {
1968         pr_symtab(debug, 0, "Just opened", &sys.symtab);
1969     }
1970
1971     const char* fn = ftp2fn(efTOP, NFILE, fnm);
1972     if (!gmx_fexist(fn))
1973     {
1974         gmx_fatal(FARGS, "%s does not exist", fn);
1975     }
1976
1977     t_state state;
1978     new_status(fn,
1979                opt2fn_null("-pp", NFILE, fnm),
1980                opt2fn("-c", NFILE, fnm),
1981                opts,
1982                ir,
1983                bZero,
1984                bGenVel,
1985                bVerbose,
1986                &state,
1987                &atypes,
1988                &sys,
1989                &mi,
1990                &intermolecular_interactions,
1991                interactions,
1992                &comb,
1993                &reppow,
1994                &fudgeQQ,
1995                opts->bMorse,
1996                wi,
1997                logger);
1998
1999     if (debug)
2000     {
2001         pr_symtab(debug, 0, "After new_status", &sys.symtab);
2002     }
2003
2004     nvsite = 0;
2005     /* set parameters for virtual site construction (not for vsiten) */
2006     for (size_t mt = 0; mt < sys.moltype.size(); mt++)
2007     {
2008         nvsite += set_vsites(bVerbose, &sys.moltype[mt].atoms, &atypes, mi[mt].interactions, logger);
2009     }
2010     /* now throw away all obsolete bonds, angles and dihedrals: */
2011     /* note: constraints are ALWAYS removed */
2012     if (nvsite)
2013     {
2014         for (size_t mt = 0; mt < sys.moltype.size(); mt++)
2015         {
2016             clean_vsite_bondeds(mi[mt].interactions, sys.moltype[mt].atoms.nr, bRmVSBds, logger);
2017         }
2018     }
2019
2020     if ((count_constraints(&sys, mi, wi) != 0) && (ir->eConstrAlg == ConstraintAlgorithm::Shake))
2021     {
2022         if (ir->eI == IntegrationAlgorithm::CG || ir->eI == IntegrationAlgorithm::LBFGS)
2023         {
2024             std::string warningMessage =
2025                     gmx::formatString("Can not do %s with %s, use %s",
2026                                       enumValueToString(ir->eI),
2027                                       enumValueToString(ConstraintAlgorithm::Shake),
2028                                       enumValueToString(ConstraintAlgorithm::Lincs));
2029             warning_error(wi, warningMessage);
2030         }
2031         if (ir->bPeriodicMols)
2032         {
2033             std::string warningMessage =
2034                     gmx::formatString("Can not do periodic molecules with %s, use %s",
2035                                       enumValueToString(ConstraintAlgorithm::Shake),
2036                                       enumValueToString(ConstraintAlgorithm::Lincs));
2037             warning_error(wi, warningMessage);
2038         }
2039     }
2040
2041     if (EI_SD(ir->eI) && ir->etc != TemperatureCoupling::No)
2042     {
2043         warning_note(wi, "Temperature coupling is ignored with SD integrators.");
2044     }
2045
2046     /* Check for errors in the input now, since they might cause problems
2047      * during processing further down.
2048      */
2049     check_warning_error(wi, FARGS);
2050
2051     if (nint_ftype(&sys, mi, F_POSRES) > 0 || nint_ftype(&sys, mi, F_FBPOSRES) > 0)
2052     {
2053         if (ir->epc == PressureCoupling::ParrinelloRahman || ir->epc == PressureCoupling::Mttk)
2054         {
2055             std::string warningMessage = gmx::formatString(
2056                     "You are combining position restraints with %s pressure coupling, which can "
2057                     "lead to instabilities. If you really want to combine position restraints with "
2058                     "pressure coupling, we suggest to use %s pressure coupling instead.",
2059                     enumValueToString(ir->epc),
2060                     enumValueToString(PressureCoupling::Berendsen));
2061             warning_note(wi, warningMessage);
2062         }
2063
2064         const char* fn = opt2fn("-r", NFILE, fnm);
2065         const char* fnB;
2066
2067         if (!gmx_fexist(fn))
2068         {
2069             gmx_fatal(FARGS,
2070                       "Cannot find position restraint file %s (option -r).\n"
2071                       "From GROMACS-2018, you need to specify the position restraint "
2072                       "coordinate files explicitly to avoid mistakes, although you can "
2073                       "still use the same file as you specify for the -c option.",
2074                       fn);
2075         }
2076
2077         if (opt2bSet("-rb", NFILE, fnm))
2078         {
2079             fnB = opt2fn("-rb", NFILE, fnm);
2080             if (!gmx_fexist(fnB))
2081             {
2082                 gmx_fatal(FARGS,
2083                           "Cannot find B-state position restraint file %s (option -rb).\n"
2084                           "From GROMACS-2018, you need to specify the position restraint "
2085                           "coordinate files explicitly to avoid mistakes, although you can "
2086                           "still use the same file as you specify for the -c option.",
2087                           fn);
2088             }
2089         }
2090         else
2091         {
2092             fnB = fn;
2093         }
2094
2095         if (bVerbose)
2096         {
2097             std::string message = gmx::formatString("Reading position restraint coords from %s", fn);
2098             if (strcmp(fn, fnB) != 0)
2099             {
2100                 message += gmx::formatString(" and %s", fnB);
2101             }
2102             GMX_LOG(logger.info).asParagraph().appendText(message);
2103         }
2104         gen_posres(&sys, mi, fn, fnB, ir->refcoord_scaling, ir->pbcType, ir->posres_com, ir->posres_comB, wi, logger);
2105     }
2106
2107     /* If we are using CMAP, setup the pre-interpolation grid */
2108     if (interactions[F_CMAP].ncmap() > 0)
2109     {
2110         init_cmap_grid(&sys.ffparams.cmap_grid,
2111                        interactions[F_CMAP].cmapAngles,
2112                        interactions[F_CMAP].cmakeGridSpacing);
2113         setup_cmap(interactions[F_CMAP].cmakeGridSpacing,
2114                    interactions[F_CMAP].cmapAngles,
2115                    interactions[F_CMAP].cmap,
2116                    &sys.ffparams.cmap_grid);
2117     }
2118
2119     set_wall_atomtype(&atypes, opts, ir, wi, logger);
2120     if (bRenum)
2121     {
2122         atypes.renumberTypes(interactions, &sys, ir->wall_atomtype, bVerbose);
2123     }
2124
2125     if (ir->implicit_solvent)
2126     {
2127         gmx_fatal(FARGS, "Implicit solvation is no longer supported");
2128     }
2129
2130     /* PELA: Copy the atomtype data to the topology atomtype list */
2131     atypes.copyTot_atomtypes(&(sys.atomtypes));
2132
2133     if (debug)
2134     {
2135         pr_symtab(debug, 0, "After atype.renumberTypes", &sys.symtab);
2136     }
2137
2138     if (bVerbose)
2139     {
2140         GMX_LOG(logger.info).asParagraph().appendTextFormatted("converting bonded parameters...");
2141     }
2142
2143     const int ntype = atypes.size();
2144     convertInteractionsOfType(
2145             ntype, interactions, mi, intermolecular_interactions.get(), comb, reppow, fudgeQQ, &sys);
2146
2147     if (debug)
2148     {
2149         pr_symtab(debug, 0, "After converInteractionsOfType", &sys.symtab);
2150     }
2151
2152     /* set ptype to VSite for virtual sites */
2153     for (gmx_moltype_t& moltype : sys.moltype)
2154     {
2155         set_vsites_ptype(FALSE, &moltype, logger);
2156     }
2157     if (debug)
2158     {
2159         pr_symtab(debug, 0, "After virtual sites", &sys.symtab);
2160     }
2161     /* Check velocity for virtual sites and shells */
2162     if (bGenVel)
2163     {
2164         check_vel(&sys, state.v.rvec_array());
2165     }
2166
2167     /* check for shells and inpurecs */
2168     check_shells_inputrec(&sys, ir, wi);
2169
2170     /* check masses */
2171     check_mol(&sys, wi);
2172
2173     checkForUnboundAtoms(&sys, bVerbose, wi, logger);
2174
2175     if (EI_DYNAMICS(ir->eI) && ir->eI != IntegrationAlgorithm::BD)
2176     {
2177         check_bonds_timestep(&sys, ir->delta_t, wi);
2178     }
2179
2180     checkDecoupledModeAccuracy(&sys, ir, wi);
2181
2182     if (EI_ENERGY_MINIMIZATION(ir->eI) && 0 == ir->nsteps)
2183     {
2184         warning_note(
2185                 wi,
2186                 "Zero-step energy minimization will alter the coordinates before calculating the "
2187                 "energy. If you just want the energy of a single point, try zero-step MD (with "
2188                 "unconstrained_start = yes). To do multiple single-point energy evaluations of "
2189                 "different configurations of the same topology, use mdrun -rerun.");
2190     }
2191
2192     check_warning_error(wi, FARGS);
2193
2194     if (bVerbose)
2195     {
2196         GMX_LOG(logger.info).asParagraph().appendTextFormatted("initialising group options...");
2197     }
2198     do_index(mdparin, ftp2fn_null(efNDX, NFILE, fnm), &sys, bVerbose, mdModules.notifier(), ir, wi);
2199
2200     if (ir->cutoff_scheme == CutoffScheme::Verlet && ir->verletbuf_tol > 0)
2201     {
2202         if (EI_DYNAMICS(ir->eI) && inputrec2nboundeddim(ir) == 3)
2203         {
2204             real buffer_temp;
2205
2206             if (EI_MD(ir->eI) && ir->etc == TemperatureCoupling::No)
2207             {
2208                 if (bGenVel)
2209                 {
2210                     buffer_temp = opts->tempi;
2211                 }
2212                 else
2213                 {
2214                     buffer_temp = calc_temp(&sys, ir, state.v.rvec_array());
2215                 }
2216                 if (buffer_temp > 0)
2217                 {
2218                     std::string warningMessage = gmx::formatString(
2219                             "NVE simulation: will use the initial temperature of %.3f K for "
2220                             "determining the Verlet buffer size",
2221                             buffer_temp);
2222                     warning_note(wi, warningMessage);
2223                 }
2224                 else
2225                 {
2226                     std::string warningMessage = gmx::formatString(
2227                             "NVE simulation with an initial temperature of zero: will use a Verlet "
2228                             "buffer of %d%%. Check your energy drift!",
2229                             gmx::roundToInt(verlet_buffer_ratio_NVE_T0 * 100));
2230                     warning_note(wi, warningMessage);
2231                 }
2232             }
2233             else
2234             {
2235                 buffer_temp = get_max_reference_temp(ir, wi);
2236             }
2237
2238             if (EI_MD(ir->eI) && ir->etc == TemperatureCoupling::No && buffer_temp == 0)
2239             {
2240                 /* NVE with initial T=0: we add a fixed ratio to rlist.
2241                  * Since we don't actually use verletbuf_tol, we set it to -1
2242                  * so it can't be misused later.
2243                  */
2244                 ir->rlist *= 1.0 + verlet_buffer_ratio_NVE_T0;
2245                 ir->verletbuf_tol = -1;
2246             }
2247             else
2248             {
2249                 /* We warn for NVE simulations with a drift tolerance that
2250                  * might result in a 1(.1)% drift over the total run-time.
2251                  * Note that we can't warn when nsteps=0, since we don't
2252                  * know how many steps the user intends to run.
2253                  */
2254                 if (EI_MD(ir->eI) && ir->etc == TemperatureCoupling::No && ir->nstlist > 1 && ir->nsteps > 0)
2255                 {
2256                     const real driftTolerance = 0.01;
2257                     /* We use 2 DOF per atom = 2kT pot+kin energy,
2258                      * to be on the safe side with constraints.
2259                      */
2260                     const real totalEnergyDriftPerAtomPerPicosecond =
2261                             2 * BOLTZ * buffer_temp / (ir->nsteps * ir->delta_t);
2262
2263                     if (ir->verletbuf_tol > 1.1 * driftTolerance * totalEnergyDriftPerAtomPerPicosecond)
2264                     {
2265                         std::string warningMessage = gmx::formatString(
2266                                 "You are using a Verlet buffer tolerance of %g kJ/mol/ps for an "
2267                                 "NVE simulation of length %g ps, which can give a final drift of "
2268                                 "%d%%. For conserving energy to %d%% when using constraints, you "
2269                                 "might need to set verlet-buffer-tolerance to %.1e.",
2270                                 ir->verletbuf_tol,
2271                                 ir->nsteps * ir->delta_t,
2272                                 gmx::roundToInt(ir->verletbuf_tol / totalEnergyDriftPerAtomPerPicosecond * 100),
2273                                 gmx::roundToInt(100 * driftTolerance),
2274                                 driftTolerance * totalEnergyDriftPerAtomPerPicosecond);
2275                         warning_note(wi, warningMessage);
2276                     }
2277                 }
2278
2279                 set_verlet_buffer(&sys, ir, buffer_temp, state.box, wi, logger);
2280             }
2281         }
2282     }
2283
2284     /* Init the temperature coupling state */
2285     init_gtc_state(&state, ir->opts.ngtc, 0, ir->opts.nhchainlength); /* need to add nnhpres here? */
2286
2287     if (debug)
2288     {
2289         pr_symtab(debug, 0, "After index", &sys.symtab);
2290     }
2291
2292     triple_check(mdparin, ir, &sys, wi);
2293     close_symtab(&sys.symtab);
2294     if (debug)
2295     {
2296         pr_symtab(debug, 0, "After close", &sys.symtab);
2297     }
2298
2299     if (ir->eI == IntegrationAlgorithm::Mimic)
2300     {
2301         generate_qmexcl(&sys, ir, logger);
2302     }
2303
2304     if (ftp2bSet(efTRN, NFILE, fnm))
2305     {
2306         if (bVerbose)
2307         {
2308             GMX_LOG(logger.info)
2309                     .asParagraph()
2310                     .appendTextFormatted("getting data from old trajectory ...");
2311         }
2312         cont_status(ftp2fn(efTRN, NFILE, fnm),
2313                     ftp2fn_null(efEDR, NFILE, fnm),
2314                     bNeedVel,
2315                     bGenVel,
2316                     fr_time,
2317                     ir,
2318                     &state,
2319                     &sys,
2320                     oenv,
2321                     logger);
2322     }
2323
2324     if (ir->pbcType == PbcType::XY && ir->nwall != 2)
2325     {
2326         clear_rvec(state.box[ZZ]);
2327     }
2328
2329     if (EEL_FULL(ir->coulombtype) || EVDW_PME(ir->vdwtype))
2330     {
2331         /* Calculate the optimal grid dimensions */
2332         matrix          scaledBox;
2333         EwaldBoxZScaler boxScaler(*ir);
2334         boxScaler.scaleBox(state.box, scaledBox);
2335
2336         if (ir->nkx > 0 && ir->nky > 0 && ir->nkz > 0)
2337         {
2338             /* Mark fourier_spacing as not used */
2339             ir->fourier_spacing = 0;
2340         }
2341         else if (ir->nkx != 0 && ir->nky != 0 && ir->nkz != 0)
2342         {
2343             set_warning_line(wi, mdparin, -1);
2344             warning_error(
2345                     wi, "Some of the Fourier grid sizes are set, but all of them need to be set.");
2346         }
2347         const int minGridSize = minimalPmeGridSize(ir->pme_order);
2348         calcFftGrid(stdout, scaledBox, ir->fourier_spacing, minGridSize, &(ir->nkx), &(ir->nky), &(ir->nkz));
2349         if (ir->nkx < minGridSize || ir->nky < minGridSize || ir->nkz < minGridSize)
2350         {
2351             warning_error(wi,
2352                           "The PME grid size should be >= 2*(pme-order - 1); either manually "
2353                           "increase the grid size or decrease pme-order");
2354         }
2355     }
2356
2357     /* MRS: eventually figure out better logic for initializing the fep
2358        values that makes declaring the lambda and declaring the state not
2359        potentially conflict if not handled correctly. */
2360     if (ir->efep != FreeEnergyPerturbationType::No)
2361     {
2362         state.fep_state = ir->fepvals->init_fep_state;
2363         for (i = 0; i < static_cast<int>(FreeEnergyPerturbationCouplingType::Count); i++)
2364         {
2365             /* init_lambda trumps state definitions*/
2366             if (ir->fepvals->init_lambda >= 0)
2367             {
2368                 state.lambda[i] = ir->fepvals->init_lambda;
2369             }
2370             else
2371             {
2372                 if (ir->fepvals->all_lambda[i].empty())
2373                 {
2374                     gmx_fatal(FARGS, "Values of lambda not set for a free energy calculation!");
2375                 }
2376                 else
2377                 {
2378                     state.lambda[i] = ir->fepvals->all_lambda[i][state.fep_state];
2379                 }
2380             }
2381         }
2382     }
2383
2384     pull_t* pull = nullptr;
2385
2386     if (ir->bPull)
2387     {
2388         pull = set_pull_init(ir,
2389                              &sys,
2390                              state.x.rvec_array(),
2391                              state.box,
2392                              state.lambda[FreeEnergyPerturbationCouplingType::Mass],
2393                              wi);
2394     }
2395
2396     /* Modules that supply external potential for pull coordinates
2397      * should register those potentials here. finish_pull() will check
2398      * that providers have been registerd for all external potentials.
2399      */
2400
2401     if (ir->bDoAwh)
2402     {
2403         tensor compressibility = { { 0 } };
2404         if (ir->epc != PressureCoupling::No)
2405         {
2406             copy_mat(ir->compress, compressibility);
2407         }
2408         setStateDependentAwhParams(
2409                 ir->awhParams,
2410                 *ir->pull,
2411                 pull,
2412                 state.box,
2413                 ir->pbcType,
2414                 compressibility,
2415                 &ir->opts,
2416                 ir->efep != FreeEnergyPerturbationType::No
2417                         ? ir->fepvals->all_lambda[static_cast<int>(FreeEnergyPerturbationCouplingType::Fep)]
2418                                                  [ir->fepvals->init_fep_state]
2419                         : 0,
2420                 sys,
2421                 wi);
2422     }
2423
2424     if (ir->bPull)
2425     {
2426         finish_pull(pull);
2427     }
2428
2429     if (ir->bRot)
2430     {
2431         set_reference_positions(ir->rot,
2432                                 state.x.rvec_array(),
2433                                 state.box,
2434                                 opt2fn("-ref", NFILE, fnm),
2435                                 opt2bSet("-ref", NFILE, fnm),
2436                                 wi);
2437     }
2438
2439     /*  reset_multinr(sys); */
2440
2441     if (EEL_PME(ir->coulombtype))
2442     {
2443         float ratio = pme_load_estimate(sys, *ir, state.box);
2444         GMX_LOG(logger.info)
2445                 .asParagraph()
2446                 .appendTextFormatted(
2447                         "Estimate for the relative computational load of the PME mesh part: %.2f", ratio);
2448         /* With free energy we might need to do PME both for the A and B state
2449          * charges. This will double the cost, but the optimal performance will
2450          * then probably be at a slightly larger cut-off and grid spacing.
2451          */
2452         if ((ir->efep == FreeEnergyPerturbationType::No && ratio > 1.0 / 2.0)
2453             || (ir->efep != FreeEnergyPerturbationType::No && ratio > 2.0 / 3.0))
2454         {
2455             warning_note(
2456                     wi,
2457                     "The optimal PME mesh load for parallel simulations is below 0.5\n"
2458                     "and for highly parallel simulations between 0.25 and 0.33,\n"
2459                     "for higher performance, increase the cut-off and the PME grid spacing.\n");
2460             if (ir->efep != FreeEnergyPerturbationType::No)
2461             {
2462                 warning_note(wi,
2463                              "For free energy simulations, the optimal load limit increases from "
2464                              "0.5 to 0.667\n");
2465             }
2466         }
2467     }
2468
2469     {
2470         double      cio = compute_io(ir, sys.natoms, sys.groups, F_NRE, 1);
2471         std::string warningMessage =
2472                 gmx::formatString("This run will generate roughly %.0f Mb of data", cio);
2473         if (cio > 2000)
2474         {
2475             set_warning_line(wi, mdparin, -1);
2476             warning_note(wi, warningMessage);
2477         }
2478         else
2479         {
2480             GMX_LOG(logger.info).asParagraph().appendText(warningMessage);
2481         }
2482     }
2483
2484     // Add the md modules internal parameters that are not mdp options
2485     // e.g., atom indices
2486
2487     {
2488         gmx::KeyValueTreeBuilder internalParameterBuilder;
2489         mdModules.notifier().preProcessingNotifications_.notify(internalParameterBuilder.rootObject());
2490         ir->internalParameters =
2491                 std::make_unique<gmx::KeyValueTreeObject>(internalParameterBuilder.build());
2492     }
2493
2494     if (ir->comm_mode != ComRemovalAlgorithm::No)
2495     {
2496         const int nstglobalcomm = computeGlobalCommunicationPeriod(ir);
2497         if (ir->nstcomm % nstglobalcomm != 0)
2498         {
2499             warning_note(
2500                     wi,
2501                     gmx::formatString(
2502                             "COM removal frequency is set to (%d).\n"
2503                             "Other settings require a global communication frequency of %d.\n"
2504                             "Note that this will require additional global communication steps,\n"
2505                             "which will reduce performance when using multiple ranks.\n"
2506                             "Consider setting nstcomm to a multiple of %d.",
2507                             ir->nstcomm,
2508                             nstglobalcomm,
2509                             nstglobalcomm));
2510         }
2511     }
2512
2513     if (bVerbose)
2514     {
2515         GMX_LOG(logger.info).asParagraph().appendTextFormatted("writing run input file...");
2516     }
2517
2518     done_warning(wi, FARGS);
2519     write_tpx_state(ftp2fn(efTPR, NFILE, fnm), ir, &state, &sys);
2520
2521     /* Output IMD group, if bIMD is TRUE */
2522     gmx::write_IMDgroup_to_file(ir->bIMD, ir, &state, &sys, NFILE, fnm);
2523
2524     sfree(opts->define);
2525     sfree(opts->wall_atomtype[0]);
2526     sfree(opts->wall_atomtype[1]);
2527     sfree(opts->include);
2528     for (auto& mol : mi)
2529     {
2530         // Some of the contents of molinfo have been stolen, so
2531         // fullCleanUp can't be called.
2532         mol.partialCleanUp();
2533     }
2534     done_inputrec_strings();
2535     output_env_done(oenv);
2536
2537     return 0;
2538 }