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, by the GROMACS development team, led by
   7  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   8  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   9  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
  10  *
  11  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  12  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  13  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  14  * of the License, or (at your option) any later version.
  15  *
  16  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  17  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  18  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  19  * Lesser General Public License for more details.
  20  *
  21  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  22  * License along with GROMACS; if not, see
  23  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  24  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  25  *
  26  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  27  * consider that scientific software is very special. Version
  28  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  29  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  30  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  31  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  32  * official version at http://www.gromacs.org.
  33  *
  34  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  35  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  36  */
  37 #include "gmxpre.h"
  38
  39 #include "grompp.h"
  40
  41 #include <errno.h>
  42 #include <limits.h>
  43 #include <string.h>
  44
  45 #include <cmath>
  46
  47 #include <algorithm>
  48
  49 #include <sys/types.h>
  50
  51 #include "gromacs/commandline/pargs.h"
  52 #include "gromacs/fileio/confio.h"
  53 #include "gromacs/fileio/enxio.h"
  54 #include "gromacs/fileio/tpxio.h"
  55 #include "gromacs/fileio/trxio.h"
  56 #include "gromacs/gmxpreprocess/add_par.h"
  57 #include "gromacs/gmxpreprocess/convparm.h"
  58 #include "gromacs/gmxpreprocess/gen_maxwell_velocities.h"
  59 #include "gromacs/gmxpreprocess/gpp_atomtype.h"
  60 #include "gromacs/gmxpreprocess/grompp-impl.h"
  61 #include "gromacs/gmxpreprocess/readir.h"
  62 #include "gromacs/gmxpreprocess/sortwater.h"
  63 #include "gromacs/gmxpreprocess/tomorse.h"
  64 #include "gromacs/gmxpreprocess/topio.h"
  65 #include "gromacs/gmxpreprocess/toputil.h"
  66 #include "gromacs/gmxpreprocess/vsite_parm.h"
  67 #include "gromacs/imd/imd.h"
  68 #include "gromacs/legacyheaders/calcgrid.h"
  69 #include "gromacs/legacyheaders/genborn.h"
  70 #include "gromacs/legacyheaders/macros.h"
  71 #include "gromacs/legacyheaders/names.h"
  72 #include "gromacs/legacyheaders/perf_est.h"
  73 #include "gromacs/legacyheaders/splitter.h"
  74 #include "gromacs/legacyheaders/txtdump.h"
  75 #include "gromacs/legacyheaders/warninp.h"
  76 #include "gromacs/math/vec.h"
  77 #include "gromacs/mdlib/calc_verletbuf.h"
  78 #include "gromacs/mdlib/compute_io.h"
  79 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  80 #include "gromacs/random/random.h"
  81 #include "gromacs/topology/mtop_util.h"
  82 #include "gromacs/topology/symtab.h"
  83 #include "gromacs/topology/topology.h"
  84 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
  85 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  86 #include "gromacs/utility/futil.h"
  87 #include "gromacs/utility/gmxassert.h"
  88 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  89 #include "gromacs/utility/snprintf.h"
  90
  91 static int rm_interactions(int ifunc, int nrmols, t_molinfo mols[])
  92 {
  93     int  i, n;
  94
  95     n = 0;
  96     /* For all the molecule types */
  97     for (i = 0; i < nrmols; i++)
  98     {
  99         n += mols[i].plist[ifunc].nr;
 100         mols[i].plist[ifunc].nr = 0;
 101     }
 102     return n;
 103 }
 104
 105 static int check_atom_names(const char *fn1, const char *fn2,
 106                             gmx_mtop_t *mtop, t_atoms *at)
 107 {
 108     int      mb, m, i, j, nmismatch;
 109     t_atoms *tat;
 110 #define MAXMISMATCH 20
 111
 112     if (mtop->natoms != at->nr)
 113     {
 114         gmx_incons("comparing atom names");
 115     }
 116
 117     nmismatch = 0;
 118     i         = 0;
 119     for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
 120     {
 121         tat = &mtop->moltype[mtop->molblock[mb].type].atoms;
 122         for (m = 0; m < mtop->molblock[mb].nmol; m++)
 123         {
 124             for (j = 0; j < tat->nr; j++)
 125             {
 126                 if (strcmp( *(tat->atomname[j]), *(at->atomname[i]) ) != 0)
 127                 {
 128                     if (nmismatch < MAXMISMATCH)
 129                     {
 130                         fprintf(stderr,
 131                                 "Warning: atom name %d in %s and %s does not match (%s - %s)\n",
 132                                 i+1, fn1, fn2, *(tat->atomname[j]), *(at->atomname[i]));
 133                     }
 134                     else if (nmismatch == MAXMISMATCH)
 135                     {
 136                         fprintf(stderr, "(more than %d non-matching atom names)\n", MAXMISMATCH);
 137                     }
 138                     nmismatch++;
 139                 }
 140                 i++;
 141             }
 142         }
 143     }
 144
 145     return nmismatch;
 146 }
 147
 148 static void check_eg_vs_cg(gmx_mtop_t *mtop)
 149 {
 150     int            astart, mb, m, cg, j, firstj;
 151     unsigned char  firsteg, eg;
 152     gmx_moltype_t *molt;
 153
 154     /* Go through all the charge groups and make sure all their
 155      * atoms are in the same energy group.
 156      */
 157
 158     astart = 0;
 159     for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
 160     {
 161         molt = &mtop->moltype[mtop->molblock[mb].type];
 162         for (m = 0; m < mtop->molblock[mb].nmol; m++)
 163         {
 164             for (cg = 0; cg < molt->cgs.nr; cg++)
 165             {
 166                 /* Get the energy group of the first atom in this charge group */
 167                 firstj  = astart + molt->cgs.index[cg];
 168                 firsteg = ggrpnr(&mtop->groups, egcENER, firstj);
 169                 for (j = molt->cgs.index[cg]+1; j < molt->cgs.index[cg+1]; j++)
 170                 {
 171                     eg = ggrpnr(&mtop->groups, egcENER, astart+j);
 172                     if (eg != firsteg)
 173                     {
 174                         gmx_fatal(FARGS, "atoms %d and %d in charge group %d of molecule type '%s' are in different energy groups",
 175                                   firstj+1, astart+j+1, cg+1, *molt->name);
 176                     }
 177                 }
 178             }
 179             astart += molt->atoms.nr;
 180         }
 181     }
 182 }
 183
 184 static void check_cg_sizes(const char *topfn, t_block *cgs, warninp_t wi)
 185 {
 186     int  maxsize, cg;
 187     char warn_buf[STRLEN];
 188
 189     maxsize = 0;
 190     for (cg = 0; cg < cgs->nr; cg++)
 191     {
 192         maxsize = std::max(maxsize, cgs->index[cg+1]-cgs->index[cg]);
 193     }
 194
 195     if (maxsize > MAX_CHARGEGROUP_SIZE)
 196     {
 197         gmx_fatal(FARGS, "The largest charge group contains %d atoms. The maximum is %d.", maxsize, MAX_CHARGEGROUP_SIZE);
 198     }
 199     else if (maxsize > 10)
 200     {
 201         set_warning_line(wi, topfn, -1);
 202         sprintf(warn_buf,
 203                 "The largest charge group contains %d atoms.\n"
 204                 "Since atoms only see each other when the centers of geometry of the charge groups they belong to are within the cut-off distance, too large charge groups can lead to serious cut-off artifacts.\n"
 205                 "For efficiency and accuracy, charge group should consist of a few atoms.\n"
 206                 "For all-atom force fields use: CH3, CH2, CH, NH2, NH, OH, CO2, CO, etc.",
 207                 maxsize);
 208         warning_note(wi, warn_buf);
 209     }
 210 }
 211
 212 static void check_bonds_timestep(gmx_mtop_t *mtop, double dt, warninp_t wi)
 213 {
 214     /* This check is not intended to ensure accurate integration,
 215      * rather it is to signal mistakes in the mdp settings.
 216      * A common mistake is to forget to turn on constraints
 217      * for MD after energy minimization with flexible bonds.
 218      * This check can also detect too large time steps for flexible water
 219      * models, but such errors will often be masked by the constraints
 220      * mdp options, which turns flexible water into water with bond constraints,
 221      * but without an angle constraint. Unfortunately such incorrect use
 222      * of water models can not easily be detected without checking
 223      * for specific model names.
 224      *
 225      * The stability limit of leap-frog or velocity verlet is 4.44 steps
 226      * per oscillational period.
 227      * But accurate bonds distributions are lost far before that limit.
 228      * To allow relatively common schemes (although not common with Gromacs)
 229      * of dt=1 fs without constraints and dt=2 fs with only H-bond constraints
 230      * we set the note limit to 10.
 231      */
 232     int            min_steps_warn = 5;
 233     int            min_steps_note = 10;
 234     t_iparams     *ip;
 235     int            molt;
 236     gmx_moltype_t *moltype, *w_moltype;
 237     t_atom        *atom;
 238     t_ilist       *ilist, *ilb, *ilc, *ils;
 239     int            ftype;
 240     int            i, a1, a2, w_a1, w_a2, j;
 241     real           twopi2, limit2, fc, re, m1, m2, period2, w_period2;
 242     gmx_bool       bFound, bWater, bWarn;
 243     char           warn_buf[STRLEN];
 244
 245     ip = mtop->ffparams.iparams;
 246
 247     twopi2 = sqr(2*M_PI);
 248
 249     limit2 = sqr(min_steps_note*dt);
 250
 251     w_a1      = w_a2 = -1;
 252     w_period2 = -1.0;
 253
 254     w_moltype = NULL;
 255     for (molt = 0; molt < mtop->nmoltype; molt++)
 256     {
 257         moltype = &mtop->moltype[molt];
 258         atom    = moltype->atoms.atom;
 259         ilist   = moltype->ilist;
 260         ilc     = &ilist[F_CONSTR];
 261         ils     = &ilist[F_SETTLE];
 262         for (ftype = 0; ftype < F_NRE; ftype++)
 263         {
 264             if (!(ftype == F_BONDS || ftype == F_G96BONDS || ftype == F_HARMONIC))
 265             {
 266                 continue;
 267             }
 268
 269             ilb = &ilist[ftype];
 270             for (i = 0; i < ilb->nr; i += 3)
 271             {
 272                 fc = ip[ilb->iatoms[i]].harmonic.krA;
 273                 re = ip[ilb->iatoms[i]].harmonic.rA;
 274                 if (ftype == F_G96BONDS)
 275                 {
 276                     /* Convert squared sqaure fc to harmonic fc */
 277                     fc = 2*fc*re;
 278                 }
 279                 a1 = ilb->iatoms[i+1];
 280                 a2 = ilb->iatoms[i+2];
 281                 m1 = atom[a1].m;
 282                 m2 = atom[a2].m;
 283                 if (fc > 0 && m1 > 0 && m2 > 0)
 284                 {
 285                     period2 = twopi2*m1*m2/((m1 + m2)*fc);
 286                 }
 287                 else
 288                 {
 289                     period2 = GMX_FLOAT_MAX;
 290                 }
 291                 if (debug)
 292                 {
 293                     fprintf(debug, "fc %g m1 %g m2 %g period %g\n",
 294                             fc, m1, m2, std::sqrt(period2));
 295                 }
 296                 if (period2 < limit2)
 297                 {
 298                     bFound = FALSE;
 299                     for (j = 0; j < ilc->nr; j += 3)
 300                     {
 301                         if ((ilc->iatoms[j+1] == a1 && ilc->iatoms[j+2] == a2) ||
 302                             (ilc->iatoms[j+1] == a2 && ilc->iatoms[j+2] == a1))
 303                         {
 304                             bFound = TRUE;
 305                         }
 306                     }
 307                     for (j = 0; j < ils->nr; j += 4)
 308                     {
 309                         if ((a1 == ils->iatoms[j+1] || a1 == ils->iatoms[j+2] || a1 == ils->iatoms[j+3]) &&
 310                             (a2 == ils->iatoms[j+1] || a2 == ils->iatoms[j+2] || a2 == ils->iatoms[j+3]))
 311                         {
 312                             bFound = TRUE;
 313                         }
 314                     }
 315                     if (!bFound &&
 316                         (w_moltype == NULL || period2 < w_period2))
 317                     {
 318                         w_moltype = moltype;
 319                         w_a1      = a1;
 320                         w_a2      = a2;
 321                         w_period2 = period2;
 322                     }
 323                 }
 324             }
 325         }
 326     }
 327
 328     if (w_moltype != NULL)
 329     {
 330         bWarn = (w_period2 < sqr(min_steps_warn*dt));
 331         /* A check that would recognize most water models */
 332         bWater = ((*w_moltype->atoms.atomname[0])[0] == 'O' &&
 333                   w_moltype->atoms.nr <= 5);
 334         sprintf(warn_buf, "The bond in molecule-type %s between atoms %d %s and %d %s has an estimated oscillational period of %.1e ps, which is less than %d times the time step of %.1e ps.\n"
 335                 "%s",
 336                 *w_moltype->name,
 337                 w_a1+1, *w_moltype->atoms.atomname[w_a1],
 338                 w_a2+1, *w_moltype->atoms.atomname[w_a2],
 339                 std::sqrt(w_period2), bWarn ? min_steps_warn : min_steps_note, dt,
 340                 bWater ?
 341                 "Maybe you asked for fexible water." :
 342                 "Maybe you forgot to change the constraints mdp option.");
 343         if (bWarn)
 344         {
 345             warning(wi, warn_buf);
 346         }
 347         else
 348         {
 349             warning_note(wi, warn_buf);
 350         }
 351     }
 352 }
 353
 354 static void check_vel(gmx_mtop_t *mtop, rvec v[])
 355 {
 356     gmx_mtop_atomloop_all_t aloop;
 357     t_atom                 *atom;
 358     int                     a;
 359
 360     aloop = gmx_mtop_atomloop_all_init(mtop);
 361     while (gmx_mtop_atomloop_all_next(aloop, &a, &atom))
 362     {
 363         if (atom->ptype == eptShell ||
 364             atom->ptype == eptBond  ||
 365             atom->ptype == eptVSite)
 366         {
 367             clear_rvec(v[a]);
 368         }
 369     }
 370 }
 371
 372 static void check_shells_inputrec(gmx_mtop_t *mtop,
 373                                   t_inputrec *ir,
 374                                   warninp_t   wi)
 375 {
 376     gmx_mtop_atomloop_all_t aloop;
 377     t_atom                 *atom;
 378     int                     a, nshells = 0;
 379     char                    warn_buf[STRLEN];
 380
 381     aloop = gmx_mtop_atomloop_all_init(mtop);
 382     while (gmx_mtop_atomloop_all_next(aloop, &a, &atom))
 383     {
 384         if (atom->ptype == eptShell ||
 385             atom->ptype == eptBond)
 386         {
 387             nshells++;
 388         }
 389     }
 390     if (IR_TWINRANGE(*ir) && (nshells > 0))
 391     {
 392         snprintf(warn_buf, STRLEN,
 393                  "The combination of using shells and a twin-range cut-off is not supported");
 394         warning_error(wi, warn_buf);
 395     }
 396     if ((nshells > 0) && (ir->nstcalcenergy != 1))
 397     {
 398         set_warning_line(wi, "unknown", -1);
 399         snprintf(warn_buf, STRLEN,
 400                  "There are %d shells, changing nstcalcenergy from %d to 1",
 401                  nshells, ir->nstcalcenergy);
 402         ir->nstcalcenergy = 1;
 403         warning(wi, warn_buf);
 404     }
 405 }
 406
 407 /* TODO Decide whether this function can be consolidated with
 408  * gmx_mtop_ftype_count */
 409 static gmx_bool nint_ftype(gmx_mtop_t *mtop, t_molinfo *mi, int ftype)
 410 {
 411     int nint, mb;
 412
 413     nint = 0;
 414     for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
 415     {
 416         nint += mtop->molblock[mb].nmol*mi[mtop->molblock[mb].type].plist[ftype].nr;
 417     }
 418
 419     return nint;
 420 }
 421
 422 /* This routine reorders the molecule type array
 423  * in the order of use in the molblocks,
 424  * unused molecule types are deleted.
 425  */
 426 static void renumber_moltypes(gmx_mtop_t *sys,
 427                               int *nmolinfo, t_molinfo **molinfo)
 428 {
 429     int       *order, norder, i;
 430     int        mb, mi;
 431     t_molinfo *minew;
 432
 433     snew(order, *nmolinfo);
 434     norder = 0;
 435     for (mb = 0; mb < sys->nmolblock; mb++)
 436     {
 437         for (i = 0; i < norder; i++)
 438         {
 439             if (order[i] == sys->molblock[mb].type)
 440             {
 441                 break;
 442             }
 443         }
 444         if (i == norder)
 445         {
 446             /* This type did not occur yet, add it */
 447             order[norder] = sys->molblock[mb].type;
 448             /* Renumber the moltype in the topology */
 449             norder++;
 450         }
 451         sys->molblock[mb].type = i;
 452     }
 453
 454     /* We still need to reorder the molinfo structs */
 455     snew(minew, norder);
 456     for (mi = 0; mi < *nmolinfo; mi++)
 457     {
 458         for (i = 0; i < norder; i++)
 459         {
 460             if (order[i] == mi)
 461             {
 462                 break;
 463             }
 464         }
 465         if (i == norder)
 466         {
 467             done_mi(&(*molinfo)[mi]);
 468         }
 469         else
 470         {
 471             minew[i] = (*molinfo)[mi];
 472         }
 473     }
 474     sfree(*molinfo);
 475
 476     *nmolinfo = norder;
 477     *molinfo  = minew;
 478 }
 479
 480 static void molinfo2mtop(int nmi, t_molinfo *mi, gmx_mtop_t *mtop)
 481 {
 482     int            m;
 483     gmx_moltype_t *molt;
 484
 485     mtop->nmoltype = nmi;
 486     snew(mtop->moltype, nmi);
 487     for (m = 0; m < nmi; m++)
 488     {
 489         molt        = &mtop->moltype[m];
 490         molt->name  = mi[m].name;
 491         molt->atoms = mi[m].atoms;
 492         /* ilists are copied later */
 493         molt->cgs   = mi[m].cgs;
 494         molt->excls = mi[m].excls;
 495     }
 496 }
 497
 498 static void
 499 new_status(const char *topfile, const char *topppfile, const char *confin,
 500            t_gromppopts *opts, t_inputrec *ir, gmx_bool bZero,
 501            gmx_bool bGenVel, gmx_bool bVerbose, t_state *state,
 502            gpp_atomtype_t atype, gmx_mtop_t *sys,
 503            int *nmi, t_molinfo **mi, t_molinfo **intermolecular_interactions,
 504            t_params plist[],
 505            int *comb, double *reppow, real *fudgeQQ,
 506            gmx_bool bMorse,
 507            warninp_t wi)
 508 {
 509     t_molinfo      *molinfo = NULL;
 510     int             nmolblock;
 511     gmx_molblock_t *molblock, *molbs;
 512     t_atoms        *confat;
 513     int             mb, i, nrmols, nmismatch;
 514     char            buf[STRLEN];
 515     gmx_bool        bGB = FALSE;
 516     char            warn_buf[STRLEN];
 517
 518     init_mtop(sys);
 519
 520     /* Set gmx_boolean for GB */
 521     if (ir->implicit_solvent)
 522     {
 523         bGB = TRUE;
 524     }
 525
 526     /* TOPOLOGY processing */
 527     sys->name = do_top(bVerbose, topfile, topppfile, opts, bZero, &(sys->symtab),
 528                        plist, comb, reppow, fudgeQQ,
 529                        atype, &nrmols, &molinfo, intermolecular_interactions,
 530                        ir,
 531                        &nmolblock, &molblock, bGB,
 532                        wi);
 533
 534     sys->nmolblock = 0;
 535     snew(sys->molblock, nmolblock);
 536
 537     sys->natoms = 0;
 538     for (mb = 0; mb < nmolblock; mb++)
 539     {
 540         if (sys->nmolblock > 0 &&
 541             molblock[mb].type == sys->molblock[sys->nmolblock-1].type)
 542         {
 543             /* Merge consecutive blocks with the same molecule type */
 544             sys->molblock[sys->nmolblock-1].nmol += molblock[mb].nmol;
 545             sys->natoms += molblock[mb].nmol*sys->molblock[sys->nmolblock-1].natoms_mol;
 546         }
 547         else if (molblock[mb].nmol > 0)
 548         {
 549             /* Add a new molblock to the topology */
 550             molbs             = &sys->molblock[sys->nmolblock];
 551             *molbs            = molblock[mb];
 552             molbs->natoms_mol = molinfo[molbs->type].atoms.nr;
 553             molbs->nposres_xA = 0;
 554             molbs->nposres_xB = 0;
 555             sys->natoms      += molbs->nmol*molbs->natoms_mol;
 556             sys->nmolblock++;
 557         }
 558     }
 559     if (sys->nmolblock == 0)
 560     {
 561         gmx_fatal(FARGS, "No molecules were defined in the system");
 562     }
 563
 564     renumber_moltypes(sys, &nrmols, &molinfo);
 565
 566     if (bMorse)
 567     {
 568         convert_harmonics(nrmols, molinfo, atype);
 569     }
 570
 571     if (ir->eDisre == edrNone)
 572     {
 573         i = rm_interactions(F_DISRES, nrmols, molinfo);
 574         if (i > 0)
 575         {
 576             set_warning_line(wi, "unknown", -1);
 577             sprintf(warn_buf, "disre = no, removed %d distance restraints", i);
 578             warning_note(wi, warn_buf);
 579         }
 580     }
 581     if (opts->bOrire == FALSE)
 582     {
 583         i = rm_interactions(F_ORIRES, nrmols, molinfo);
 584         if (i > 0)
 585         {
 586             set_warning_line(wi, "unknown", -1);
 587             sprintf(warn_buf, "orire = no, removed %d orientation restraints", i);
 588             warning_note(wi, warn_buf);
 589         }
 590     }
 591
 592     /* Copy structures from msys to sys */
 593     molinfo2mtop(nrmols, molinfo, sys);
 594
 595     gmx_mtop_finalize(sys);
 596
 597     /* COORDINATE file processing */
 598     if (bVerbose)
 599     {
 600         fprintf(stderr, "processing coordinates...\n");
 601     }
 602
 603     get_stx_coordnum(confin, &state->natoms);
 604     if (state->natoms != sys->natoms)
 605     {
 606         gmx_fatal(FARGS, "number of coordinates in coordinate file (%s, %d)\n"
 607                   "             does not match topology (%s, %d)",
 608                   confin, state->natoms, topfile, sys->natoms);
 609     }
 610     else
 611     {
 612         /* make space for coordinates and velocities */
 613         char title[STRLEN];
 614         snew(confat, 1);
 615         init_t_atoms(confat, state->natoms, FALSE);
 616         init_state(state, state->natoms, 0, 0, 0, 0);
 617         read_stx_conf(confin, title, confat, state->x, state->v, NULL, state->box);
 618         /* This call fixes the box shape for runs with pressure scaling */
 619         set_box_rel(ir, state);
 620
 621         nmismatch = check_atom_names(topfile, confin, sys, confat);
 622         free_t_atoms(confat, TRUE);
 623         sfree(confat);
 624
 625         if (nmismatch)
 626         {
 627             sprintf(buf, "%d non-matching atom name%s\n"
 628                     "atom names from %s will be used\n"
 629                     "atom names from %s will be ignored\n",
 630                     nmismatch, (nmismatch == 1) ? "" : "s", topfile, confin);
 631             warning(wi, buf);
 632         }
 633
 634         /* Do more checks, mostly related to constraints */
 635         if (bVerbose)
 636         {
 637             fprintf(stderr, "double-checking input for internal consistency...\n");
 638         }
 639         {
 640             int bHasNormalConstraints = 0 < (nint_ftype(sys, molinfo, F_CONSTR) +
 641                                              nint_ftype(sys, molinfo, F_CONSTRNC));
 642             int bHasAnyConstraints = bHasNormalConstraints || 0 < nint_ftype(sys, molinfo, F_SETTLE);
 643             double_check(ir, state->box,
 644                          bHasNormalConstraints,
 645                          bHasAnyConstraints,
 646                          wi);
 647         }
 648     }
 649
 650     if (bGenVel)
 651     {
 652         real                   *mass;
 653         gmx_mtop_atomloop_all_t aloop;
 654         t_atom                 *atom;
 655         unsigned int            useed;
 656
 657         snew(mass, state->natoms);
 658         aloop = gmx_mtop_atomloop_all_init(sys);
 659         while (gmx_mtop_atomloop_all_next(aloop, &i, &atom))
 660         {
 661             mass[i] = atom->m;
 662         }
 663
 664         useed = opts->seed;
 665         if (opts->seed == -1)
 666         {
 667             useed = (int)gmx_rng_make_seed();
 668             fprintf(stderr, "Setting gen_seed to %u\n", useed);
 669         }
 670         maxwell_speed(opts->tempi, useed, sys, state->v);
 671
 672         stop_cm(stdout, state->natoms, mass, state->x, state->v);
 673         sfree(mass);
 674     }
 675
 676     *nmi = nrmols;
 677     *mi  = molinfo;
 678 }
 679
 680 static void copy_state(const char *slog, t_trxframe *fr,
 681                        gmx_bool bReadVel, t_state *state,
 682                        double *use_time)
 683 {
 684     int i;
 685
 686     if (fr->not_ok & FRAME_NOT_OK)
 687     {
 688         gmx_fatal(FARGS, "Can not start from an incomplete frame");
 689     }
 690     if (!fr->bX)
 691     {
 692         gmx_fatal(FARGS, "Did not find a frame with coordinates in file %s",
 693                   slog);
 694     }
 695
 696     for (i = 0; i < state->natoms; i++)
 697     {
 698         copy_rvec(fr->x[i], state->x[i]);
 699     }
 700     if (bReadVel)
 701     {
 702         if (!fr->bV)
 703         {
 704             gmx_incons("Trajecory frame unexpectedly does not contain velocities");
 705         }
 706         for (i = 0; i < state->natoms; i++)
 707         {
 708             copy_rvec(fr->v[i], state->v[i]);
 709         }
 710     }
 711     if (fr->bBox)
 712     {
 713         copy_mat(fr->box, state->box);
 714     }
 715
 716     *use_time = fr->time;
 717 }
 718
 719 static void cont_status(const char *slog, const char *ener,
 720                         gmx_bool bNeedVel, gmx_bool bGenVel, real fr_time,
 721                         t_inputrec *ir, t_state *state,
 722                         gmx_mtop_t *sys,
 723                         const output_env_t oenv)
 724 /* If fr_time == -1 read the last frame available which is complete */
 725 {
 726     gmx_bool     bReadVel;
 727     t_trxframe   fr;
 728     t_trxstatus *fp;
 729     int          i;
 730     double       use_time;
 731
 732     bReadVel = (bNeedVel && !bGenVel);
 733
 734     fprintf(stderr,
 735             "Reading Coordinates%s and Box size from old trajectory\n",
 736             bReadVel ? ", Velocities" : "");
 737     if (fr_time == -1)
 738     {
 739         fprintf(stderr, "Will read whole trajectory\n");
 740     }
 741     else
 742     {
 743         fprintf(stderr, "Will read till time %g\n", fr_time);
 744     }
 745     if (!bReadVel)
 746     {
 747         if (bGenVel)
 748         {
 749             fprintf(stderr, "Velocities generated: "
 750                     "ignoring velocities in input trajectory\n");
 751         }
 752         read_first_frame(oenv, &fp, slog, &fr, TRX_NEED_X);
 753     }
 754     else
 755     {
 756         read_first_frame(oenv, &fp, slog, &fr, TRX_NEED_X | TRX_NEED_V);
 757
 758         if (!fr.bV)
 759         {
 760             fprintf(stderr,
 761                     "\n"
 762                     "WARNING: Did not find a frame with velocities in file %s,\n"
 763                     "         all velocities will be set to zero!\n\n", slog);
 764             for (i = 0; i < sys->natoms; i++)
 765             {
 766                 clear_rvec(state->v[i]);
 767             }
 768             close_trj(fp);
 769             /* Search for a frame without velocities */
 770             bReadVel = FALSE;
 771             read_first_frame(oenv, &fp, slog, &fr, TRX_NEED_X);
 772         }
 773     }
 774
 775     state->natoms = fr.natoms;
 776
 777     if (sys->natoms != state->natoms)
 778     {
 779         gmx_fatal(FARGS, "Number of atoms in Topology "
 780                   "is not the same as in Trajectory");
 781     }
 782     copy_state(slog, &fr, bReadVel, state, &use_time);
 783
 784     /* Find the appropriate frame */
 785     while ((fr_time == -1 || fr.time < fr_time) &&
 786            read_next_frame(oenv, fp, &fr))
 787     {
 788         copy_state(slog, &fr, bReadVel, state, &use_time);
 789     }
 790
 791     close_trj(fp);
 792
 793     /* Set the relative box lengths for preserving the box shape.
 794      * Note that this call can lead to differences in the last bit
 795      * with respect to using gmx convert-tpr to create a [REF].tpx[ref] file.
 796      */
 797     set_box_rel(ir, state);
 798
 799     fprintf(stderr, "Using frame at t = %g ps\n", use_time);
 800     fprintf(stderr, "Starting time for run is %g ps\n", ir->init_t);
 801
 802     if ((ir->epc != epcNO  || ir->etc == etcNOSEHOOVER) && ener)
 803     {
 804         get_enx_state(ener, use_time, &sys->groups, ir, state);
 805         preserve_box_shape(ir, state->box_rel, state->boxv);
 806     }
 807 }
 808
 809 static void read_posres(gmx_mtop_t *mtop, t_molinfo *molinfo, gmx_bool bTopB,
 810                         char *fn,
 811                         int rc_scaling, int ePBC,
 812                         rvec com,
 813                         warninp_t wi)
 814 {
 815     gmx_bool       *hadAtom;
 816     rvec           *x, *v, *xp;
 817     dvec            sum;
 818     double          totmass;
 819     t_atoms         dumat;
 820     matrix          box, invbox;
 821     int             natoms, npbcdim = 0;
 822     char            warn_buf[STRLEN], title[STRLEN];
 823     int             a, i, ai, j, k, mb, nat_molb;
 824     gmx_molblock_t *molb;
 825     t_params       *pr, *prfb;
 826     t_atom         *atom;
 827
 828     get_stx_coordnum(fn, &natoms);
 829     if (natoms != mtop->natoms)
 830     {
 831         sprintf(warn_buf, "The number of atoms in %s (%d) does not match the number of atoms in the topology (%d). Will assume that the first %d atoms in the topology and %s match.", fn, natoms, mtop->natoms, std::min(mtop->natoms, natoms), fn);
 832         warning(wi, warn_buf);
 833     }
 834     snew(x, natoms);
 835     snew(v, natoms);
 836     init_t_atoms(&dumat, natoms, FALSE);
 837     read_stx_conf(fn, title, &dumat, x, v, NULL, box);
 838
 839     npbcdim = ePBC2npbcdim(ePBC);
 840     clear_rvec(com);
 841     if (rc_scaling != erscNO)
 842     {
 843         copy_mat(box, invbox);
 844         for (j = npbcdim; j < DIM; j++)
 845         {
 846             clear_rvec(invbox[j]);
 847             invbox[j][j] = 1;
 848         }
 849         m_inv_ur0(invbox, invbox);
 850     }
 851
 852     /* Copy the reference coordinates to mtop */
 853     clear_dvec(sum);
 854     totmass = 0;
 855     a       = 0;
 856     snew(hadAtom, natoms);
 857     for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
 858     {
 859         molb     = &mtop->molblock[mb];
 860         nat_molb = molb->nmol*mtop->moltype[molb->type].atoms.nr;
 861         pr       = &(molinfo[molb->type].plist[F_POSRES]);
 862         prfb     = &(molinfo[molb->type].plist[F_FBPOSRES]);
 863         if (pr->nr > 0 || prfb->nr > 0)
 864         {
 865             atom = mtop->moltype[molb->type].atoms.atom;
 866             for (i = 0; (i < pr->nr); i++)
 867             {
 868                 ai = pr->param[i].AI;
 869                 if (ai >= natoms)
 870                 {
 871                     gmx_fatal(FARGS, "Position restraint atom index (%d) in moltype '%s' is larger than number of atoms in %s (%d).\n",
 872                               ai+1, *molinfo[molb->type].name, fn, natoms);
 873                 }
 874                 hadAtom[ai] = TRUE;
 875                 if (rc_scaling == erscCOM)
 876                 {
 877                     /* Determine the center of mass of the posres reference coordinates */
 878                     for (j = 0; j < npbcdim; j++)
 879                     {
 880                         sum[j] += atom[ai].m*x[a+ai][j];
 881                     }
 882                     totmass  += atom[ai].m;
 883                 }
 884             }
 885             /* Same for flat-bottomed posres, but do not count an atom twice for COM */
 886             for (i = 0; (i < prfb->nr); i++)
 887             {
 888                 ai = prfb->param[i].AI;
 889                 if (ai >= natoms)
 890                 {
 891                     gmx_fatal(FARGS, "Position restraint atom index (%d) in moltype '%s' is larger than number of atoms in %s (%d).\n",
 892                               ai+1, *molinfo[molb->type].name, fn, natoms);
 893                 }
 894                 if (rc_scaling == erscCOM && hadAtom[ai] == FALSE)
 895                 {
 896                     /* Determine the center of mass of the posres reference coordinates */
 897                     for (j = 0; j < npbcdim; j++)
 898                     {
 899                         sum[j] += atom[ai].m*x[a+ai][j];
 900                     }
 901                     totmass  += atom[ai].m;
 902                 }
 903             }
 904             if (!bTopB)
 905             {
 906                 molb->nposres_xA = nat_molb;
 907                 snew(molb->posres_xA, molb->nposres_xA);
 908                 for (i = 0; i < nat_molb; i++)
 909                 {
 910                     copy_rvec(x[a+i], molb->posres_xA[i]);
 911                 }
 912             }
 913             else
 914             {
 915                 molb->nposres_xB = nat_molb;
 916                 snew(molb->posres_xB, molb->nposres_xB);
 917                 for (i = 0; i < nat_molb; i++)
 918                 {
 919                     copy_rvec(x[a+i], molb->posres_xB[i]);
 920                 }
 921             }
 922         }
 923         a += nat_molb;
 924     }
 925     if (rc_scaling == erscCOM)
 926     {
 927         if (totmass == 0)
 928         {
 929             gmx_fatal(FARGS, "The total mass of the position restraint atoms is 0");
 930         }
 931         for (j = 0; j < npbcdim; j++)
 932         {
 933             com[j] = sum[j]/totmass;
 934         }
 935         fprintf(stderr, "The center of mass of the position restraint coord's is %6.3f %6.3f %6.3f\n", com[XX], com[YY], com[ZZ]);
 936     }
 937
 938     if (rc_scaling != erscNO)
 939     {
 940         GMX_ASSERT(npbcdim <= DIM, "Only DIM dimensions can have PBC");
 941
 942         for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
 943         {
 944             molb     = &mtop->molblock[mb];
 945             nat_molb = molb->nmol*mtop->moltype[molb->type].atoms.nr;
 946             if (molb->nposres_xA > 0 || molb->nposres_xB > 0)
 947             {
 948                 xp = (!bTopB ? molb->posres_xA : molb->posres_xB);
 949                 for (i = 0; i < nat_molb; i++)
 950                 {
 951                     for (j = 0; j < npbcdim; j++)
 952                     {
 953                         if (rc_scaling == erscALL)
 954                         {
 955                             /* Convert from Cartesian to crystal coordinates */
 956                             xp[i][j] *= invbox[j][j];
 957                             for (k = j+1; k < npbcdim; k++)
 958                             {
 959                                 xp[i][j] += invbox[k][j]*xp[i][k];
 960                             }
 961                         }
 962                         else if (rc_scaling == erscCOM)
 963                         {
 964                             /* Subtract the center of mass */
 965                             xp[i][j] -= com[j];
 966                         }
 967                     }
 968                 }
 969             }
 970         }
 971
 972         if (rc_scaling == erscCOM)
 973         {
 974             /* Convert the COM from Cartesian to crystal coordinates */
 975             for (j = 0; j < npbcdim; j++)
 976             {
 977                 com[j] *= invbox[j][j];
 978                 for (k = j+1; k < npbcdim; k++)
 979                 {
 980                     com[j] += invbox[k][j]*com[k];
 981                 }
 982             }
 983         }
 984     }
 985
 986     free_t_atoms(&dumat, TRUE);
 987     sfree(x);
 988     sfree(v);
 989     sfree(hadAtom);
 990 }
 991
 992 static void gen_posres(gmx_mtop_t *mtop, t_molinfo *mi,
 993                        char *fnA, char *fnB,
 994                        int rc_scaling, int ePBC,
 995                        rvec com, rvec comB,
 996                        warninp_t wi)
 997 {
 998     read_posres  (mtop, mi, FALSE, fnA, rc_scaling, ePBC, com, wi);
 999     /* It is safer to simply read the b-state posres rather than trying
1000      * to be smart and copy the positions.
1001      */
1002     read_posres(mtop, mi, TRUE, fnB, rc_scaling, ePBC, comB, wi);
1003 }
1004
1005 static void set_wall_atomtype(gpp_atomtype_t at, t_gromppopts *opts,
1006                               t_inputrec *ir, warninp_t wi)
1007 {
1008     int  i;
1009     char warn_buf[STRLEN];
1010
1011     if (ir->nwall > 0)
1012     {
1013         fprintf(stderr, "Searching the wall atom type(s)\n");
1014     }
1015     for (i = 0; i < ir->nwall; i++)
1016     {
1017         ir->wall_atomtype[i] = get_atomtype_type(opts->wall_atomtype[i], at);
1018         if (ir->wall_atomtype[i] == NOTSET)
1019         {
1020             sprintf(warn_buf, "Specified wall atom type %s is not defined", opts->wall_atomtype[i]);
1021             warning_error(wi, warn_buf);
1022         }
1023     }
1024 }
1025
1026 static int nrdf_internal(t_atoms *atoms)
1027 {
1028     int i, nmass, nrdf;
1029
1030     nmass = 0;
1031     for (i = 0; i < atoms->nr; i++)
1032     {
1033         /* Vsite ptype might not be set here yet, so also check the mass */
1034         if ((atoms->atom[i].ptype == eptAtom ||
1035              atoms->atom[i].ptype == eptNucleus)
1036             && atoms->atom[i].m > 0)
1037         {
1038             nmass++;
1039         }
1040     }
1041     switch (nmass)
1042     {
1043         case 0:  nrdf = 0; break;
1044         case 1:  nrdf = 0; break;
1045         case 2:  nrdf = 1; break;
1046         default: nrdf = nmass*3 - 6; break;
1047     }
1048
1049     return nrdf;
1050 }
1051
1052 void
1053 spline1d( double        dx,
1054           double *      y,
1055           int           n,
1056           double *      u,
1057           double *      y2 )
1058 {
1059     int    i;
1060     double p, q;
1061
1062     y2[0] = 0.0;
1063     u[0]  = 0.0;
1064
1065     for (i = 1; i < n-1; i++)
1066     {
1067         p     = 0.5*y2[i-1]+2.0;
1068         y2[i] = -0.5/p;
1069         q     = (y[i+1]-2.0*y[i]+y[i-1])/dx;
1070         u[i]  = (3.0*q/dx-0.5*u[i-1])/p;
1071     }
1072
1073     y2[n-1] = 0.0;
1074
1075     for (i = n-2; i >= 0; i--)
1076     {
1077         y2[i] = y2[i]*y2[i+1]+u[i];
1078     }
1079 }
1080
1081
1082 void
1083 interpolate1d( double     xmin,
1084                double     dx,
1085                double *   ya,
1086                double *   y2a,
1087                double     x,
1088                double *   y,
1089                double *   y1)
1090 {
1091     int    ix;
1092     double a, b;
1093
1094     ix = static_cast<int>((x-xmin)/dx);
1095
1096     a = (xmin+(ix+1)*dx-x)/dx;
1097     b = (x-xmin-ix*dx)/dx;
1098
1099     *y  = a*ya[ix]+b*ya[ix+1]+((a*a*a-a)*y2a[ix]+(b*b*b-b)*y2a[ix+1])*(dx*dx)/6.0;
1100     *y1 = (ya[ix+1]-ya[ix])/dx-(3.0*a*a-1.0)/6.0*dx*y2a[ix]+(3.0*b*b-1.0)/6.0*dx*y2a[ix+1];
1101 }
1102
1103
1104 void
1105 setup_cmap (int              grid_spacing,
1106             int              nc,
1107             real *           grid,
1108             gmx_cmap_t *     cmap_grid)
1109 {
1110     double *tmp_u, *tmp_u2, *tmp_yy, *tmp_y1, *tmp_t2, *tmp_grid;
1111
1112     int     i, j, k, ii, jj, kk, idx;
1113     int     offset;
1114     double  dx, xmin, v, v1, v2, v12;
1115     double  phi, psi;
1116
1117     snew(tmp_u, 2*grid_spacing);
1118     snew(tmp_u2, 2*grid_spacing);
1119     snew(tmp_yy, 2*grid_spacing);
1120     snew(tmp_y1, 2*grid_spacing);
1121     snew(tmp_t2, 2*grid_spacing*2*grid_spacing);
1122     snew(tmp_grid, 2*grid_spacing*2*grid_spacing);
1123
1124     dx   = 360.0/grid_spacing;
1125     xmin = -180.0-dx*grid_spacing/2;
1126
1127     for (kk = 0; kk < nc; kk++)
1128     {
1129         /* Compute an offset depending on which cmap we are using
1130          * Offset will be the map number multiplied with the
1131          * grid_spacing * grid_spacing * 2
1132          */
1133         offset = kk * grid_spacing * grid_spacing * 2;
1134
1135         for (i = 0; i < 2*grid_spacing; i++)
1136         {
1137             ii = (i+grid_spacing-grid_spacing/2)%grid_spacing;
1138
1139             for (j = 0; j < 2*grid_spacing; j++)
1140             {
1141                 jj = (j+grid_spacing-grid_spacing/2)%grid_spacing;
1142                 tmp_grid[i*grid_spacing*2+j] = grid[offset+ii*grid_spacing+jj];
1143             }
1144         }
1145
1146         for (i = 0; i < 2*grid_spacing; i++)
1147         {
1148             spline1d(dx, &(tmp_grid[2*grid_spacing*i]), 2*grid_spacing, tmp_u, &(tmp_t2[2*grid_spacing*i]));
1149         }
1150
1151         for (i = grid_spacing/2; i < grid_spacing+grid_spacing/2; i++)
1152         {
1153             ii  = i-grid_spacing/2;
1154             phi = ii*dx-180.0;
1155
1156             for (j = grid_spacing/2; j < grid_spacing+grid_spacing/2; j++)
1157             {
1158                 jj  = j-grid_spacing/2;
1159                 psi = jj*dx-180.0;
1160
1161                 for (k = 0; k < 2*grid_spacing; k++)
1162                 {
1163                     interpolate1d(xmin, dx, &(tmp_grid[2*grid_spacing*k]),
1164                                   &(tmp_t2[2*grid_spacing*k]), psi, &tmp_yy[k], &tmp_y1[k]);
1165                 }
1166
1167                 spline1d(dx, tmp_yy, 2*grid_spacing, tmp_u, tmp_u2);
1168                 interpolate1d(xmin, dx, tmp_yy, tmp_u2, phi, &v, &v1);
1169                 spline1d(dx, tmp_y1, 2*grid_spacing, tmp_u, tmp_u2);
1170                 interpolate1d(xmin, dx, tmp_y1, tmp_u2, phi, &v2, &v12);
1171
1172                 idx = ii*grid_spacing+jj;
1173                 cmap_grid->cmapdata[kk].cmap[idx*4]   = grid[offset+ii*grid_spacing+jj];
1174                 cmap_grid->cmapdata[kk].cmap[idx*4+1] = v1;
1175                 cmap_grid->cmapdata[kk].cmap[idx*4+2] = v2;
1176                 cmap_grid->cmapdata[kk].cmap[idx*4+3] = v12;
1177             }
1178         }
1179     }
1180 }
1181
1182 void init_cmap_grid(gmx_cmap_t *cmap_grid, int ngrid, int grid_spacing)
1183 {
1184     int i, nelem;
1185
1186     cmap_grid->ngrid        = ngrid;
1187     cmap_grid->grid_spacing = grid_spacing;
1188     nelem                   = cmap_grid->grid_spacing*cmap_grid->grid_spacing;
1189
1190     snew(cmap_grid->cmapdata, ngrid);
1191
1192     for (i = 0; i < cmap_grid->ngrid; i++)
1193     {
1194         snew(cmap_grid->cmapdata[i].cmap, 4*nelem);
1195     }
1196 }
1197
1198
1199 static int count_constraints(gmx_mtop_t *mtop, t_molinfo *mi, warninp_t wi)
1200 {
1201     int             count, count_mol, i, mb;
1202     gmx_molblock_t *molb;
1203     t_params       *plist;
1204     char            buf[STRLEN];
1205
1206     count = 0;
1207     for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
1208     {
1209         count_mol = 0;
1210         molb      = &mtop->molblock[mb];
1211         plist     = mi[molb->type].plist;
1212
1213         for (i = 0; i < F_NRE; i++)
1214         {
1215             if (i == F_SETTLE)
1216             {
1217                 count_mol += 3*plist[i].nr;
1218             }
1219             else if (interaction_function[i].flags & IF_CONSTRAINT)
1220             {
1221                 count_mol += plist[i].nr;
1222             }
1223         }
1224
1225         if (count_mol > nrdf_internal(&mi[molb->type].atoms))
1226         {
1227             sprintf(buf,
1228                     "Molecule type '%s' has %d constraints.\n"
1229                     "For stability and efficiency there should not be more constraints than internal number of degrees of freedom: %d.\n",
1230                     *mi[molb->type].name, count_mol,
1231                     nrdf_internal(&mi[molb->type].atoms));
1232             warning(wi, buf);
1233         }
1234         count += molb->nmol*count_mol;
1235     }
1236
1237     return count;
1238 }
1239
1240 static void check_gbsa_params_charged(gmx_mtop_t *sys, gpp_atomtype_t atype)
1241 {
1242     int            i, nmiss, natoms, mt;
1243     real           q;
1244     const t_atoms *atoms;
1245
1246     nmiss = 0;
1247     for (mt = 0; mt < sys->nmoltype; mt++)
1248     {
1249         atoms  = &sys->moltype[mt].atoms;
1250         natoms = atoms->nr;
1251
1252         for (i = 0; i < natoms; i++)
1253         {
1254             q = atoms->atom[i].q;
1255             if ((get_atomtype_radius(atoms->atom[i].type, atype)    == 0  ||
1256                  get_atomtype_vol(atoms->atom[i].type, atype)       == 0  ||
1257                  get_atomtype_surftens(atoms->atom[i].type, atype)  == 0  ||
1258                  get_atomtype_gb_radius(atoms->atom[i].type, atype) == 0  ||
1259                  get_atomtype_S_hct(atoms->atom[i].type, atype)     == 0) &&
1260                 q != 0)
1261             {
1262                 fprintf(stderr, "\nGB parameter(s) zero for atom type '%s' while charge is %g\n",
1263                         get_atomtype_name(atoms->atom[i].type, atype), q);
1264                 nmiss++;
1265             }
1266         }
1267     }
1268
1269     if (nmiss > 0)
1270     {
1271         gmx_fatal(FARGS, "Can't do GB electrostatics; the implicit_genborn_params section of the forcefield has parameters with value zero for %d atomtypes that occur as charged atoms.", nmiss);
1272     }
1273 }
1274
1275
1276 static void check_gbsa_params(gpp_atomtype_t atype)
1277 {
1278     int  nmiss, i;
1279
1280     /* If we are doing GBSA, check that we got the parameters we need
1281      * This checking is to see if there are GBSA paratmeters for all
1282      * atoms in the force field. To go around this for testing purposes
1283      * comment out the nerror++ counter temporarily
1284      */
1285     nmiss = 0;
1286     for (i = 0; i < get_atomtype_ntypes(atype); i++)
1287     {
1288         if (get_atomtype_radius(i, atype)    < 0 ||
1289             get_atomtype_vol(i, atype)       < 0 ||
1290             get_atomtype_surftens(i, atype)  < 0 ||
1291             get_atomtype_gb_radius(i, atype) < 0 ||
1292             get_atomtype_S_hct(i, atype)     < 0)
1293         {
1294             fprintf(stderr, "\nGB parameter(s) missing or negative for atom type '%s'\n",
1295                     get_atomtype_name(i, atype));
1296             nmiss++;
1297         }
1298     }
1299
1300     if (nmiss > 0)
1301     {
1302         gmx_fatal(FARGS, "Can't do GB electrostatics; the implicit_genborn_params section of the forcefield is missing parameters for %d atomtypes or they might be negative.", nmiss);
1303     }
1304
1305 }
1306
1307 static real calc_temp(const gmx_mtop_t *mtop,
1308                       const t_inputrec *ir,
1309                       rvec             *v)
1310 {
1311     gmx_mtop_atomloop_all_t aloop;
1312     t_atom                 *atom;
1313     int                     a;
1314
1315     double                  sum_mv2 = 0;
1316     aloop = gmx_mtop_atomloop_all_init(mtop);
1317     while (gmx_mtop_atomloop_all_next(aloop, &a, &atom))
1318     {
1319         sum_mv2 += atom->m*norm2(v[a]);
1320     }
1321
1322     double nrdf = 0;
1323     for (int g = 0; g < ir->opts.ngtc; g++)
1324     {
1325         nrdf += ir->opts.nrdf[g];
1326     }
1327
1328     return sum_mv2/(nrdf*BOLTZ);
1329 }
1330
1331 static real get_max_reference_temp(const t_inputrec *ir,
1332                                    warninp_t         wi)
1333 {
1334     real     ref_t;
1335     int      i;
1336     gmx_bool bNoCoupl;
1337
1338     ref_t    = 0;
1339     bNoCoupl = FALSE;
1340     for (i = 0; i < ir->opts.ngtc; i++)
1341     {
1342         if (ir->opts.tau_t[i] < 0)
1343         {
1344             bNoCoupl = TRUE;
1345         }
1346         else
1347         {
1348             ref_t = std::max(ref_t, ir->opts.ref_t[i]);
1349         }
1350     }
1351
1352     if (bNoCoupl)
1353     {
1354         char buf[STRLEN];
1355
1356         sprintf(buf, "Some temperature coupling groups do not use temperature coupling. We will assume their temperature is not more than %.3f K. If their temperature is higher, the energy error and the Verlet buffer might be underestimated.",
1357                 ref_t);
1358         warning(wi, buf);
1359     }
1360
1361     return ref_t;
1362 }
1363
1364 static void set_verlet_buffer(const gmx_mtop_t *mtop,
1365                               t_inputrec       *ir,
1366                               real              buffer_temp,
1367                               matrix            box,
1368                               warninp_t         wi)
1369 {
1370     verletbuf_list_setup_t ls;
1371     real                   rlist_1x1;
1372     int                    n_nonlin_vsite;
1373     char                   warn_buf[STRLEN];
1374
1375     printf("Determining Verlet buffer for a tolerance of %g kJ/mol/ps at %g K\n", ir->verletbuf_tol, buffer_temp);
1376
1377     /* Calculate the buffer size for simple atom vs atoms list */
1378     ls.cluster_size_i = 1;
1379     ls.cluster_size_j = 1;
1380     calc_verlet_buffer_size(mtop, det(box), ir, buffer_temp,
1381                             &ls, &n_nonlin_vsite, &rlist_1x1);
1382
1383     /* Set the pair-list buffer size in ir */
1384     verletbuf_get_list_setup(FALSE, FALSE, &ls);
1385     calc_verlet_buffer_size(mtop, det(box), ir, buffer_temp,
1386                             &ls, &n_nonlin_vsite, &ir->rlist);
1387
1388     if (n_nonlin_vsite > 0)
1389     {
1390         sprintf(warn_buf, "There are %d non-linear virtual site constructions. Their contribution to the energy error is approximated. In most cases this does not affect the error significantly.", n_nonlin_vsite);
1391         warning_note(wi, warn_buf);
1392     }
1393
1394     printf("Calculated rlist for %dx%d atom pair-list as %.3f nm, buffer size %.3f nm\n",
1395            1, 1, rlist_1x1, rlist_1x1-std::max(ir->rvdw, ir->rcoulomb));
1396
1397     ir->rlistlong = ir->rlist;
1398     printf("Set rlist, assuming %dx%d atom pair-list, to %.3f nm, buffer size %.3f nm\n",
1399            ls.cluster_size_i, ls.cluster_size_j,
1400            ir->rlist, ir->rlist-std::max(ir->rvdw, ir->rcoulomb));
1401
1402     printf("Note that mdrun will redetermine rlist based on the actual pair-list setup\n");
1403
1404     if (sqr(ir->rlistlong) >= max_cutoff2(ir->ePBC, box))
1405     {
1406         gmx_fatal(FARGS, "The pair-list cut-off (%g nm) is longer than half the shortest box vector or longer than the smallest box diagonal element (%g nm). Increase the box size or decrease nstlist or increase verlet-buffer-tolerance.", ir->rlistlong, std::sqrt(max_cutoff2(ir->ePBC, box)));
1407     }
1408 }
1409
1410 int gmx_grompp(int argc, char *argv[])
1411 {
1412     static const char *desc[] = {
1413         "[THISMODULE] (the gromacs preprocessor)",
1414         "reads a molecular topology file, checks the validity of the",
1415         "file, expands the topology from a molecular description to an atomic",
1416         "description. The topology file contains information about",
1417         "molecule types and the number of molecules, the preprocessor",
1418         "copies each molecule as needed. ",
1419         "There is no limitation on the number of molecule types. ",
1420         "Bonds and bond-angles can be converted into constraints, separately",
1421         "for hydrogens and heavy atoms.",
1422         "Then a coordinate file is read and velocities can be generated",
1423         "from a Maxwellian distribution if requested.",
1424         "[THISMODULE] also reads parameters for [gmx-mdrun] ",
1425         "(eg. number of MD steps, time step, cut-off), and others such as",
1426         "NEMD parameters, which are corrected so that the net acceleration",
1427         "is zero.",
1428         "Eventually a binary file is produced that can serve as the sole input",
1429         "file for the MD program.[PAR]",
1430
1431         "[THISMODULE] uses the atom names from the topology file. The atom names",
1432         "in the coordinate file (option [TT]-c[tt]) are only read to generate",
1433         "warnings when they do not match the atom names in the topology.",
1434         "Note that the atom names are irrelevant for the simulation as",
1435         "only the atom types are used for generating interaction parameters.[PAR]",
1436
1437         "[THISMODULE] uses a built-in preprocessor to resolve includes, macros, ",
1438         "etc. The preprocessor supports the following keywords::",
1439         "",
1440         "    #ifdef VARIABLE",
1441         "    #ifndef VARIABLE",
1442         "    #else",
1443         "    #endif",
1444         "    #define VARIABLE",
1445         "    #undef VARIABLE",
1446         "    #include \"filename\"",
1447         "    #include <filename>",
1448         "",
1449         "The functioning of these statements in your topology may be modulated by",
1450         "using the following two flags in your [REF].mdp[ref] file::",
1451         "",
1452         "    define = -DVARIABLE1 -DVARIABLE2",
1453         "    include = -I/home/john/doe",
1454         "",
1455         "For further information a C-programming textbook may help you out.",
1456         "Specifying the [TT]-pp[tt] flag will get the pre-processed",
1457         "topology file written out so that you can verify its contents.[PAR]",
1458
1459         "When using position restraints a file with restraint coordinates",
1460         "can be supplied with [TT]-r[tt], otherwise restraining will be done",
1461         "with respect to the conformation from the [TT]-c[tt] option.",
1462         "For free energy calculation the the coordinates for the B topology",
1463         "can be supplied with [TT]-rb[tt], otherwise they will be equal to",
1464         "those of the A topology.[PAR]",
1465
1466         "Starting coordinates can be read from trajectory with [TT]-t[tt].",
1467         "The last frame with coordinates and velocities will be read,",
1468         "unless the [TT]-time[tt] option is used. Only if this information",
1469         "is absent will the coordinates in the [TT]-c[tt] file be used.",
1470         "Note that these velocities will not be used when [TT]gen_vel = yes[tt]",
1471         "in your [REF].mdp[ref] file. An energy file can be supplied with",
1472         "[TT]-e[tt] to read Nose-Hoover and/or Parrinello-Rahman coupling",
1473         "variables.[PAR]",
1474
1475         "[THISMODULE] can be used to restart simulations (preserving",
1476         "continuity) by supplying just a checkpoint file with [TT]-t[tt].",
1477         "However, for simply changing the number of run steps to extend",
1478         "a run, using [gmx-convert-tpr] is more convenient than [THISMODULE].",
1479         "You then supply the old checkpoint file directly to [gmx-mdrun]",
1480         "with [TT]-cpi[tt]. If you wish to change the ensemble or things",
1481         "like output frequency, then supplying the checkpoint file to",
1482         "[THISMODULE] with [TT]-t[tt] along with a new [REF].mdp[ref] file",
1483         "with [TT]-f[tt] is the recommended procedure.[PAR]",
1484
1485         "By default, all bonded interactions which have constant energy due to",
1486         "virtual site constructions will be removed. If this constant energy is",
1487         "not zero, this will result in a shift in the total energy. All bonded",
1488         "interactions can be kept by turning off [TT]-rmvsbds[tt]. Additionally,",
1489         "all constraints for distances which will be constant anyway because",
1490         "of virtual site constructions will be removed. If any constraints remain",
1491         "which involve virtual sites, a fatal error will result.[PAR]"
1492
1493         "To verify your run input file, please take note of all warnings",
1494         "on the screen, and correct where necessary. Do also look at the contents",
1495         "of the [TT]mdout.mdp[tt] file; this contains comment lines, as well as",
1496         "the input that [THISMODULE] has read. If in doubt, you can start [THISMODULE]",
1497         "with the [TT]-debug[tt] option which will give you more information",
1498         "in a file called [TT]grompp.log[tt] (along with real debug info). You",
1499         "can see the contents of the run input file with the [gmx-dump]",
1500         "program. [gmx-check] can be used to compare the contents of two",
1501         "run input files.[PAR]"
1502
1503         "The [TT]-maxwarn[tt] option can be used to override warnings printed",
1504         "by [THISMODULE] that otherwise halt output. In some cases, warnings are",
1505         "harmless, but usually they are not. The user is advised to carefully",
1506         "interpret the output messages before attempting to bypass them with",
1507         "this option."
1508     };
1509     t_gromppopts      *opts;
1510     gmx_mtop_t        *sys;
1511     int                nmi;
1512     t_molinfo         *mi, *intermolecular_interactions;
1513     gpp_atomtype_t     atype;
1514     t_inputrec        *ir;
1515     int                nvsite, comb, mt;
1516     t_params          *plist;
1517     t_state           *state;
1518     matrix             box;
1519     real               fudgeQQ;
1520     double             reppow;
1521     char               fn[STRLEN], fnB[STRLEN];
1522     const char        *mdparin;
1523     int                ntype;
1524     gmx_bool           bNeedVel, bGenVel;
1525     gmx_bool           have_atomnumber;
1526     output_env_t       oenv;
1527     gmx_bool           bVerbose = FALSE;
1528     warninp_t          wi;
1529     char               warn_buf[STRLEN];
1530
1531     t_filenm           fnm[] = {
1532         { efMDP, NULL,  NULL,        ffREAD  },
1533         { efMDP, "-po", "mdout",     ffWRITE },
1534         { efSTX, "-c",  NULL,        ffREAD  },
1535         { efSTX, "-r",  NULL,        ffOPTRD },
1536         { efSTX, "-rb", NULL,        ffOPTRD },
1537         { efNDX, NULL,  NULL,        ffOPTRD },
1538         { efTOP, NULL,  NULL,        ffREAD  },
1539         { efTOP, "-pp", "processed", ffOPTWR },
1540         { efTPR, "-o",  NULL,        ffWRITE },
1541         { efTRN, "-t",  NULL,        ffOPTRD },
1542         { efEDR, "-e",  NULL,        ffOPTRD },
1543         /* This group is needed by the VMD viewer as the start configuration for IMD sessions: */
1544         { efGRO, "-imd", "imdgroup", ffOPTWR },
1545         { efTRN, "-ref", "rotref",   ffOPTRW }
1546     };
1547 #define NFILE asize(fnm)
1548
1549     /* Command line options */
1550     static gmx_bool bRenum   = TRUE;
1551     static gmx_bool bRmVSBds = TRUE, bZero = FALSE;
1552     static int      i, maxwarn = 0;
1553     static real     fr_time = -1;
1554     t_pargs         pa[]    = {
1555         { "-v",       FALSE, etBOOL, {&bVerbose},
1556           "Be loud and noisy" },
1557         { "-time",    FALSE, etREAL, {&fr_time},
1558           "Take frame at or first after this time." },
1559         { "-rmvsbds", FALSE, etBOOL, {&bRmVSBds},
1560           "Remove constant bonded interactions with virtual sites" },
1561         { "-maxwarn", FALSE, etINT,  {&maxwarn},
1562           "Number of allowed warnings during input processing. Not for normal use and may generate unstable systems" },
1563         { "-zero",    FALSE, etBOOL, {&bZero},
1564           "Set parameters for bonded interactions without defaults to zero instead of generating an error" },
1565         { "-renum",   FALSE, etBOOL, {&bRenum},
1566           "Renumber atomtypes and minimize number of atomtypes" }
1567     };
1568
1569     /* Initiate some variables */
1570     snew(ir, 1);
1571     snew(opts, 1);
1572     init_ir(ir, opts);
1573
1574     /* Parse the command line */
1575     if (!parse_common_args(&argc, argv, 0, NFILE, fnm, asize(pa), pa,
1576                            asize(desc), desc, 0, NULL, &oenv))
1577     {
1578         return 0;
1579     }
1580
1581     wi = init_warning(TRUE, maxwarn);
1582
1583     /* PARAMETER file processing */
1584     mdparin = opt2fn("-f", NFILE, fnm);
1585     set_warning_line(wi, mdparin, -1);
1586     get_ir(mdparin, opt2fn("-po", NFILE, fnm), ir, opts, wi);
1587
1588     if (bVerbose)
1589     {
1590         fprintf(stderr, "checking input for internal consistency...\n");
1591     }
1592     check_ir(mdparin, ir, opts, wi);
1593
1594     if (ir->ld_seed == -1)
1595     {
1596         ir->ld_seed = (gmx_int64_t)gmx_rng_make_seed();
1597         fprintf(stderr, "Setting the LD random seed to %" GMX_PRId64 "\n", ir->ld_seed);
1598     }
1599
1600     if (ir->expandedvals->lmc_seed == -1)
1601     {
1602         ir->expandedvals->lmc_seed = (int)gmx_rng_make_seed();
1603         fprintf(stderr, "Setting the lambda MC random seed to %d\n", ir->expandedvals->lmc_seed);
1604     }
1605
1606     bNeedVel = EI_STATE_VELOCITY(ir->eI);
1607     bGenVel  = (bNeedVel && opts->bGenVel);
1608     if (bGenVel && ir->bContinuation)
1609     {
1610         sprintf(warn_buf,
1611                 "Generating velocities is inconsistent with attempting "
1612                 "to continue a previous run. Choose only one of "
1613                 "gen-vel = yes and continuation = yes.");
1614         warning_error(wi, warn_buf);
1615     }
1616
1617     snew(plist, F_NRE);
1618     init_plist(plist);
1619     snew(sys, 1);
1620     atype = init_atomtype();
1621     if (debug)
1622     {
1623         pr_symtab(debug, 0, "Just opened", &sys->symtab);
1624     }
1625
1626     strcpy(fn, ftp2fn(efTOP, NFILE, fnm));
1627     if (!gmx_fexist(fn))
1628     {
1629         gmx_fatal(FARGS, "%s does not exist", fn);
1630     }
1631     snew(state, 1);
1632     new_status(fn, opt2fn_null("-pp", NFILE, fnm), opt2fn("-c", NFILE, fnm),
1633                opts, ir, bZero, bGenVel, bVerbose, state,
1634                atype, sys, &nmi, &mi, &intermolecular_interactions,
1635                plist, &comb, &reppow, &fudgeQQ,
1636                opts->bMorse,
1637                wi);
1638
1639     if (debug)
1640     {
1641         pr_symtab(debug, 0, "After new_status", &sys->symtab);
1642     }
1643
1644     nvsite = 0;
1645     /* set parameters for virtual site construction (not for vsiten) */
1646     for (mt = 0; mt < sys->nmoltype; mt++)
1647     {
1648         nvsite +=
1649             set_vsites(bVerbose, &sys->moltype[mt].atoms, atype, mi[mt].plist);
1650     }
1651     /* now throw away all obsolete bonds, angles and dihedrals: */
1652     /* note: constraints are ALWAYS removed */
1653     if (nvsite)
1654     {
1655         for (mt = 0; mt < sys->nmoltype; mt++)
1656         {
1657             clean_vsite_bondeds(mi[mt].plist, sys->moltype[mt].atoms.nr, bRmVSBds);
1658         }
1659     }
1660
1661     if (nvsite && ir->eI == eiNM)
1662     {
1663         gmx_fatal(FARGS, "Normal Mode analysis is not supported with virtual sites.\nIf you'd like to help with adding support, we have an open discussion at http://redmine.gromacs.org/issues/879\n");
1664     }
1665
1666     if (ir->cutoff_scheme == ecutsVERLET)
1667     {
1668         fprintf(stderr, "Removing all charge groups because cutoff-scheme=%s\n",
1669                 ecutscheme_names[ir->cutoff_scheme]);
1670
1671         /* Remove all charge groups */
1672         gmx_mtop_remove_chargegroups(sys);
1673     }
1674
1675     if (count_constraints(sys, mi, wi) && (ir->eConstrAlg == econtSHAKE))
1676     {
1677         if (ir->eI == eiCG || ir->eI == eiLBFGS)
1678         {
1679             sprintf(warn_buf, "Can not do %s with %s, use %s",
1680                     EI(ir->eI), econstr_names[econtSHAKE], econstr_names[econtLINCS]);
1681             warning_error(wi, warn_buf);
1682         }
1683         if (ir->bPeriodicMols)
1684         {
1685             sprintf(warn_buf, "Can not do periodic molecules with %s, use %s",
1686                     econstr_names[econtSHAKE], econstr_names[econtLINCS]);
1687             warning_error(wi, warn_buf);
1688         }
1689     }
1690
1691     if (EI_SD (ir->eI) &&  ir->etc != etcNO)
1692     {
1693         warning_note(wi, "Temperature coupling is ignored with SD integrators.");
1694     }
1695
1696     /* If we are doing QM/MM, check that we got the atom numbers */
1697     have_atomnumber = TRUE;
1698     for (i = 0; i < get_atomtype_ntypes(atype); i++)
1699     {
1700         have_atomnumber = have_atomnumber && (get_atomtype_atomnumber(i, atype) >= 0);
1701     }
1702     if (!have_atomnumber && ir->bQMMM)
1703     {
1704         warning_error(wi,
1705                       "\n"
1706                       "It appears as if you are trying to run a QM/MM calculation, but the force\n"
1707                       "field you are using does not contain atom numbers fields. This is an\n"
1708                       "optional field (introduced in GROMACS 3.3) for general runs, but mandatory\n"
1709                       "for QM/MM. The good news is that it is easy to add - put the atom number as\n"
1710                       "an integer just before the mass column in ffXXXnb.itp.\n"
1711                       "NB: United atoms have the same atom numbers as normal ones.\n\n");
1712     }
1713
1714     if (ir->bAdress)
1715     {
1716         if ((ir->adress->const_wf > 1) || (ir->adress->const_wf < 0))
1717         {
1718             warning_error(wi, "AdResS contant weighting function should be between 0 and 1\n\n");
1719         }
1720         /** TODO check size of ex+hy width against box size */
1721     }
1722
1723     /* Check for errors in the input now, since they might cause problems
1724      * during processing further down.
1725      */
1726     check_warning_error(wi, FARGS);
1727
1728     if (opt2bSet("-r", NFILE, fnm))
1729     {
1730         sprintf(fn, "%s", opt2fn("-r", NFILE, fnm));
1731     }
1732     else
1733     {
1734         sprintf(fn, "%s", opt2fn("-c", NFILE, fnm));
1735     }
1736     if (opt2bSet("-rb", NFILE, fnm))
1737     {
1738         sprintf(fnB, "%s", opt2fn("-rb", NFILE, fnm));
1739     }
1740     else
1741     {
1742         strcpy(fnB, fn);
1743     }
1744
1745     if (nint_ftype(sys, mi, F_POSRES) > 0 || nint_ftype(sys, mi, F_FBPOSRES) > 0)
1746     {
1747         if (bVerbose)
1748         {
1749             fprintf(stderr, "Reading position restraint coords from %s", fn);
1750             if (strcmp(fn, fnB) == 0)
1751             {
1752                 fprintf(stderr, "\n");
1753             }
1754             else
1755             {
1756                 fprintf(stderr, " and %s\n", fnB);
1757             }
1758         }
1759         gen_posres(sys, mi, fn, fnB,
1760                    ir->refcoord_scaling, ir->ePBC,
1761                    ir->posres_com, ir->posres_comB,
1762                    wi);
1763     }
1764
1765     /* If we are using CMAP, setup the pre-interpolation grid */
1766     if (plist[F_CMAP].ncmap > 0)
1767     {
1768         init_cmap_grid(&sys->ffparams.cmap_grid, plist[F_CMAP].nc, plist[F_CMAP].grid_spacing);
1769         setup_cmap(plist[F_CMAP].grid_spacing, plist[F_CMAP].nc, plist[F_CMAP].cmap, &sys->ffparams.cmap_grid);
1770     }
1771
1772     set_wall_atomtype(atype, opts, ir, wi);
1773     if (bRenum)
1774     {
1775         renum_atype(plist, sys, ir->wall_atomtype, atype, bVerbose);
1776         get_atomtype_ntypes(atype);
1777     }
1778
1779     if (ir->implicit_solvent != eisNO)
1780     {
1781         /* Now we have renumbered the atom types, we can check the GBSA params */
1782         check_gbsa_params(atype);
1783
1784         /* Check that all atoms that have charge and/or LJ-parameters also have
1785          * sensible GB-parameters
1786          */
1787         check_gbsa_params_charged(sys, atype);
1788     }
1789
1790     /* PELA: Copy the atomtype data to the topology atomtype list */
1791     copy_atomtype_atomtypes(atype, &(sys->atomtypes));
1792
1793     if (debug)
1794     {
1795         pr_symtab(debug, 0, "After renum_atype", &sys->symtab);
1796     }
1797
1798     if (bVerbose)
1799     {
1800         fprintf(stderr, "converting bonded parameters...\n");
1801     }
1802
1803     ntype = get_atomtype_ntypes(atype);
1804     convert_params(ntype, plist, mi, intermolecular_interactions,
1805                    comb, reppow, fudgeQQ, sys);
1806
1807     if (debug)
1808     {
1809         pr_symtab(debug, 0, "After convert_params", &sys->symtab);
1810     }
1811
1812     /* set ptype to VSite for virtual sites */
1813     for (mt = 0; mt < sys->nmoltype; mt++)
1814     {
1815         set_vsites_ptype(FALSE, &sys->moltype[mt]);
1816     }
1817     if (debug)
1818     {
1819         pr_symtab(debug, 0, "After virtual sites", &sys->symtab);
1820     }
1821     /* Check velocity for virtual sites and shells */
1822     if (bGenVel)
1823     {
1824         check_vel(sys, state->v);
1825     }
1826
1827     /* check for shells and inpurecs */
1828     check_shells_inputrec(sys, ir, wi);
1829
1830     /* check masses */
1831     check_mol(sys, wi);
1832
1833     for (i = 0; i < sys->nmoltype; i++)
1834     {
1835         check_cg_sizes(ftp2fn(efTOP, NFILE, fnm), &sys->moltype[i].cgs, wi);
1836     }
1837
1838     if (EI_DYNAMICS(ir->eI) && ir->eI != eiBD)
1839     {
1840         check_bonds_timestep(sys, ir->delta_t, wi);
1841     }
1842
1843     if (EI_ENERGY_MINIMIZATION(ir->eI) && 0 == ir->nsteps)
1844     {
1845         warning_note(wi, "Zero-step energy minimization will alter the coordinates before calculating the energy. If you just want the energy of a single point, try zero-step MD (with unconstrained_start = yes). To do multiple single-point energy evaluations of different configurations of the same topology, use mdrun -rerun.");
1846     }
1847
1848     check_warning_error(wi, FARGS);
1849
1850     if (bVerbose)
1851     {
1852         fprintf(stderr, "initialising group options...\n");
1853     }
1854     do_index(mdparin, ftp2fn_null(efNDX, NFILE, fnm),
1855              sys, bVerbose, ir,
1856              wi);
1857
1858     if (ir->cutoff_scheme == ecutsVERLET && ir->verletbuf_tol > 0 &&
1859         ir->nstlist > 1)
1860     {
1861         if (EI_DYNAMICS(ir->eI) && inputrec2nboundeddim(ir) == 3)
1862         {
1863             real buffer_temp;
1864
1865             if (EI_MD(ir->eI) && ir->etc == etcNO)
1866             {
1867                 if (bGenVel)
1868                 {
1869                     buffer_temp = opts->tempi;
1870                 }
1871                 else
1872                 {
1873                     buffer_temp = calc_temp(sys, ir, state->v);
1874                 }
1875                 if (buffer_temp > 0)
1876                 {
1877                     sprintf(warn_buf, "NVE simulation: will use the initial temperature of %.3f K for determining the Verlet buffer size", buffer_temp);
1878                     warning_note(wi, warn_buf);
1879                 }
1880                 else
1881                 {
1882                     sprintf(warn_buf, "NVE simulation with an initial temperature of zero: will use a Verlet buffer of %d%%. Check your energy drift!",
1883                             (int)(verlet_buffer_ratio_NVE_T0*100 + 0.5));
1884                     warning_note(wi, warn_buf);
1885                 }
1886             }
1887             else
1888             {
1889                 buffer_temp = get_max_reference_temp(ir, wi);
1890             }
1891
1892             if (EI_MD(ir->eI) && ir->etc == etcNO && buffer_temp == 0)
1893             {
1894                 /* NVE with initial T=0: we add a fixed ratio to rlist.
1895                  * Since we don't actually use verletbuf_tol, we set it to -1
1896                  * so it can't be misused later.
1897                  */
1898                 ir->rlist         *= 1.0 + verlet_buffer_ratio_NVE_T0;
1899                 ir->verletbuf_tol  = -1;
1900             }
1901             else
1902             {
1903                 /* We warn for NVE simulations with >1(.1)% drift tolerance */
1904                 const real drift_tol = 0.01;
1905                 real       ener_runtime;
1906
1907                 /* We use 2 DOF per atom = 2kT pot+kin energy, to be on
1908                  * the safe side with constraints (without constraints: 3 DOF).
1909                  */
1910                 ener_runtime = 2*BOLTZ*buffer_temp/(ir->nsteps*ir->delta_t);
1911
1912                 if (EI_MD(ir->eI) && ir->etc == etcNO && ir->nstlist > 1 &&
1913                     ir->nsteps > 0 &&
1914                     ir->verletbuf_tol > 1.1*drift_tol*ener_runtime)
1915                 {
1916                     sprintf(warn_buf, "You are using a Verlet buffer tolerance of %g kJ/mol/ps for an NVE simulation of length %g ps, which can give a final drift of %d%%. For conserving energy to %d%%, you might need to set verlet-buffer-tolerance to %.1e.",
1917                             ir->verletbuf_tol, ir->nsteps*ir->delta_t,
1918                             (int)(ir->verletbuf_tol/ener_runtime*100 + 0.5),
1919                             (int)(100*drift_tol + 0.5),
1920                             drift_tol*ener_runtime);
1921                     warning_note(wi, warn_buf);
1922                 }
1923
1924                 set_verlet_buffer(sys, ir, buffer_temp, state->box, wi);
1925             }
1926         }
1927     }
1928
1929     /* Init the temperature coupling state */
1930     init_gtc_state(state, ir->opts.ngtc, 0, ir->opts.nhchainlength); /* need to add nnhpres here? */
1931
1932     if (bVerbose)
1933     {
1934         fprintf(stderr, "Checking consistency between energy and charge groups...\n");
1935     }
1936     check_eg_vs_cg(sys);
1937
1938     if (debug)
1939     {
1940         pr_symtab(debug, 0, "After index", &sys->symtab);
1941     }
1942
1943     triple_check(mdparin, ir, sys, wi);
1944     close_symtab(&sys->symtab);
1945     if (debug)
1946     {
1947         pr_symtab(debug, 0, "After close", &sys->symtab);
1948     }
1949
1950     /* make exclusions between QM atoms */
1951     if (ir->bQMMM)
1952     {
1953         if (ir->QMMMscheme == eQMMMschemenormal && ir->ns_type == ensSIMPLE)
1954         {
1955             gmx_fatal(FARGS, "electrostatic embedding only works with grid neighboursearching, use ns-type=grid instead\n");
1956         }
1957         else
1958         {
1959             generate_qmexcl(sys, ir, wi);
1960         }
1961     }
1962
1963     if (ftp2bSet(efTRN, NFILE, fnm))
1964     {
1965         if (bVerbose)
1966         {
1967             fprintf(stderr, "getting data from old trajectory ...\n");
1968         }
1969         cont_status(ftp2fn(efTRN, NFILE, fnm), ftp2fn_null(efEDR, NFILE, fnm),
1970                     bNeedVel, bGenVel, fr_time, ir, state, sys, oenv);
1971     }
1972
1973     if (ir->ePBC == epbcXY && ir->nwall != 2)
1974     {
1975         clear_rvec(state->box[ZZ]);
1976     }
1977
1978     if (ir->cutoff_scheme != ecutsVERLET && ir->rlist > 0)
1979     {
1980         set_warning_line(wi, mdparin, -1);
1981         check_chargegroup_radii(sys, ir, state->x, wi);
1982     }
1983
1984     if (EEL_FULL(ir->coulombtype) || EVDW_PME(ir->vdwtype))
1985     {
1986         /* Calculate the optimal grid dimensions */
1987         copy_mat(state->box, box);
1988         if (ir->ePBC == epbcXY && ir->nwall == 2)
1989         {
1990             svmul(ir->wall_ewald_zfac, box[ZZ], box[ZZ]);
1991         }
1992         if (ir->nkx > 0 && ir->nky > 0 && ir->nkz > 0)
1993         {
1994             /* Mark fourier_spacing as not used */
1995             ir->fourier_spacing = 0;
1996         }
1997         else if (ir->nkx != 0 && ir->nky != 0 && ir->nkz != 0)
1998         {
1999             set_warning_line(wi, mdparin, -1);
2000             warning_error(wi, "Some of the Fourier grid sizes are set, but all of them need to be set.");
2001         }
2002         calc_grid(stdout, box, ir->fourier_spacing,
2003                   &(ir->nkx), &(ir->nky), &(ir->nkz));
2004     }
2005
2006     /* MRS: eventually figure out better logic for initializing the fep
2007        values that makes declaring the lambda and declaring the state not
2008        potentially conflict if not handled correctly. */
2009     if (ir->efep != efepNO)
2010     {
2011         state->fep_state = ir->fepvals->init_fep_state;
2012         for (i = 0; i < efptNR; i++)
2013         {
2014             /* init_lambda trumps state definitions*/
2015             if (ir->fepvals->init_lambda >= 0)
2016             {
2017                 state->lambda[i] = ir->fepvals->init_lambda;
2018             }
2019             else
2020             {
2021                 if (ir->fepvals->all_lambda[i] == NULL)
2022                 {
2023                     gmx_fatal(FARGS, "Values of lambda not set for a free energy calculation!");
2024                 }
2025                 else
2026                 {
2027                     state->lambda[i] = ir->fepvals->all_lambda[i][state->fep_state];
2028                 }
2029             }
2030         }
2031     }
2032
2033     if (ir->bPull)
2034     {
2035         set_pull_init(ir, sys, state->x, state->box, state->lambda[efptMASS], oenv);
2036     }
2037
2038     if (ir->bRot)
2039     {
2040         set_reference_positions(ir->rot, state->x, state->box,
2041                                 opt2fn("-ref", NFILE, fnm), opt2bSet("-ref", NFILE, fnm),
2042                                 wi);
2043     }
2044
2045     /*  reset_multinr(sys); */
2046
2047     if (EEL_PME(ir->coulombtype))
2048     {
2049         float ratio = pme_load_estimate(sys, ir, state->box);
2050         fprintf(stderr, "Estimate for the relative computational load of the PME mesh part: %.2f\n", ratio);
2051         /* With free energy we might need to do PME both for the A and B state
2052          * charges. This will double the cost, but the optimal performance will
2053          * then probably be at a slightly larger cut-off and grid spacing.
2054          */
2055         if ((ir->efep == efepNO && ratio > 1.0/2.0) ||
2056             (ir->efep != efepNO && ratio > 2.0/3.0))
2057         {
2058             warning_note(wi,
2059                          "The optimal PME mesh load for parallel simulations is below 0.5\n"
2060                          "and for highly parallel simulations between 0.25 and 0.33,\n"
2061                          "for higher performance, increase the cut-off and the PME grid spacing.\n");
2062             if (ir->efep != efepNO)
2063             {
2064                 warning_note(wi,
2065                              "For free energy simulations, the optimal load limit increases from 0.5 to 0.667\n");
2066             }
2067         }
2068     }
2069
2070     {
2071         char   warn_buf[STRLEN];
2072         double cio = compute_io(ir, sys->natoms, &sys->groups, F_NRE, 1);
2073         sprintf(warn_buf, "This run will generate roughly %.0f Mb of data", cio);
2074         if (cio > 2000)
2075         {
2076             set_warning_line(wi, mdparin, -1);
2077             warning_note(wi, warn_buf);
2078         }
2079         else
2080         {
2081             printf("%s\n", warn_buf);
2082         }
2083     }
2084
2085     if (bVerbose)
2086     {
2087         fprintf(stderr, "writing run input file...\n");
2088     }
2089
2090     done_warning(wi, FARGS);
2091     write_tpx_state(ftp2fn(efTPR, NFILE, fnm), ir, state, sys);
2092
2093     /* Output IMD group, if bIMD is TRUE */
2094     write_IMDgroup_to_file(ir->bIMD, ir, state, sys, NFILE, fnm);
2095
2096     done_state(state);
2097     sfree(state);
2098     done_atomtype(atype);
2099     done_mtop(sys, TRUE);
2100     done_inputrec_strings();
2101
2102     return 0;
2103 }