src/gromacs/legacyheaders/constr.h

   1 /* -*- mode: c; tab-width: 4; indent-tabs-mode: nil; c-basic-offset: 4; c-file-style: "stroustrup"; -*-
   2  *
   3  *
   4  *                This source code is part of
   5  *
   6  *                 G   R   O   M   A   C   S
   7  *
   8  *          GROningen MAchine for Chemical Simulations
   9  *
  10  *                        VERSION 3.2.0
  11  * Written by David van der Spoel, Erik Lindahl, Berk Hess, and others.
  12  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
  13  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team,
  14  * check out http://www.gromacs.org for more information.
  15
  16  * This program is free software; you can redistribute it and/or
  17  * modify it under the terms of the GNU General Public License
  18  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
  19  * of the License, or (at your option) any later version.
  20  *
  21  * If you want to redistribute modifications, please consider that
  22  * scientific software is very special. Version control is crucial -
  23  * bugs must be traceable. We will be happy to consider code for
  24  * inclusion in the official distribution, but derived work must not
  25  * be called official GROMACS. Details are found in the README & COPYING
  26  * files - if they are missing, get the official version at www.gromacs.org.
  27  *
  28  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  29  * the papers on the package - you can find them in the top README file.
  30  *
  31  * For more info, check our website at http://www.gromacs.org
  32  *
  33  * And Hey:
  34  * Gromacs Runs On Most of All Computer Systems
  35  */
  36
  37 #ifndef _constr_h
  38 #define _constr_h
  39 #include "typedefs.h"
  40 #include "types/commrec.h"
  41
  42 #ifdef __cplusplus
  43 extern "C" {
  44 #endif
  45
  46 enum
  47 {
  48     econqCoord,         /* Constrain coordinates (mass weighted)           */
  49     econqVeloc,         /* Constrain velocities (mass weighted)            */
  50     econqDeriv,         /* Constrain a derivative (mass weighted),         *
  51                          * for instance velocity or acceleration,          *
  52                          * constraint virial can not be calculated.        */
  53     econqDeriv_FlexCon, /* As econqDeriv, but only output flex. con.       */
  54     econqForce,         /* Constrain forces (non mass-weighted)            */
  55     econqForceDispl     /* Constrain forces (mass-weighted 1/0 for freeze) */
  56 };
  57
  58 int n_flexible_constraints(struct gmx_constr *constr);
  59 /* Returns the total number of flexible constraints in the system */
  60
  61 void too_many_constraint_warnings(int eConstrAlg, int warncount);
  62 /* Generate a fatal error because of too many LINCS/SETTLE warnings */
  63
  64 gmx_shakedata_t shake_init();
  65 /* Initializes and return the SHAKE data structure */
  66
  67 gmx_bool bshakef(FILE           *log,          /* Log file                      */
  68                  gmx_shakedata_t shaked,       /* SHAKE data */
  69                  int             natoms,       /* Total number of atoms */
  70                  real            invmass[],    /* Atomic masses         */
  71                  int             nblocks,      /* The number of shake blocks    */
  72                  int             sblock[],     /* The shake blocks             */
  73                  t_idef         *idef,         /* The interaction def           */
  74                  t_inputrec     *ir,           /* Input record                  */
  75                  rvec            x_s[],        /* Coords before update          */
  76                  rvec            prime[],      /* Output coords         */
  77                  t_nrnb         *nrnb,         /* Performance measure          */
  78                  real           *lagr,         /* The Lagrange multipliers     */
  79                  real            lambda,       /* FEP lambda                   */
  80                  real           *dvdlambda,    /* FEP force                    */
  81                  real            invdt,        /* 1/delta_t                    */
  82                  rvec           *v,            /* Also constrain v if v!=NULL  */
  83                  gmx_bool        bCalcVir,     /* Calculate r x m delta_r      */
  84                  tensor          vir_r_m_dr,   /* sum r x m delta_r            */
  85                  gmx_bool        bDumpOnError, /* Dump debugging stuff on error*/
  86                  int             econq,        /* which type of constrainint is occurring */
  87                  t_vetavars     *vetavar);     /* veta for pressure control */
  88 /* Shake all the atoms blockwise. It is assumed that all the constraints
  89  * in the idef->shakes field are sorted, to ascending block nr. The
  90  * sblock array points into the idef->shakes.iatoms field, with block 0
  91  * starting
  92  * at sblock[0] and running to ( < ) sblock[1], block n running from
  93  * sblock[n] to sblock[n+1]. Array sblock should be large enough.
  94  * Return TRUE when OK, FALSE when shake-error
  95  */
  96
  97 gmx_settledata_t settle_init(real mO, real mH, real invmO, real invmH,
  98                              real dOH, real dHH);
  99 /* Initializes and returns a structure with SETTLE parameters */
 100
 101 void csettle(gmx_settledata_t settled,
 102              int              nsettle,          /* Number of settles            */
 103              t_iatom          iatoms[],         /* The settle iatom list        */
 104              const t_pbc     *pbc,              /* PBC data pointer, can be NULL  */
 105              real             b4[],             /* Old coordinates              */
 106              real             after[],          /* New coords, to be settled    */
 107              real             invdt,            /* 1/delta_t                    */
 108              real            *v,                /* Also constrain v if v!=NULL  */
 109              int              calcvir_atom_end, /* Calculate r x m delta_r up to this atom */
 110              tensor           vir_r_m_dr,       /* sum r x m delta_r            */
 111              int             *xerror,
 112              t_vetavars      *vetavar           /* variables for pressure control */
 113              );
 114
 115 void settle_proj(FILE *fp,
 116                  gmx_settledata_t settled, int econq,
 117                  int nsettle, t_iatom iatoms[],
 118                  const t_pbc *pbc,   /* PBC data pointer, can be NULL  */
 119                  rvec x[],
 120                  rvec *der, rvec *derp,
 121                  int CalcVirAtomEnd, tensor vir_r_m_dder,
 122                  t_vetavars *vetavar);
 123 /* Analytical algorithm to subtract the components of derivatives
 124  * of coordinates working on settle type constraint.
 125  */
 126
 127 void cshake(atom_id iatom[], int ncon, int *nnit, int maxnit,
 128             real dist2[], real xp[], real rij[], real m2[], real omega,
 129             real invmass[], real tt[], real lagr[], int *nerror);
 130 /* Regular iterative shake */
 131
 132 void crattle(atom_id iatom[], int ncon, int *nnit, int maxnit,
 133              real dist2[], real vp[], real rij[], real m2[], real omega,
 134              real invmass[], real tt[], real lagr[], int *nerror, real invdt, t_vetavars *vetavar);
 135
 136 gmx_bool constrain(FILE *log, gmx_bool bLog, gmx_bool bEner,
 137                    gmx_constr_t constr,
 138                    t_idef *idef,
 139                    t_inputrec *ir,
 140                    gmx_ekindata_t *ekind,
 141                    t_commrec *cr,
 142                    gmx_large_int_t step, int delta_step,
 143                    t_mdatoms *md,
 144                    rvec *x, rvec *xprime, rvec *min_proj,
 145                    gmx_bool bMolPBC, matrix box,
 146                    real lambda, real *dvdlambda,
 147                    rvec *v, tensor *vir,
 148                    t_nrnb *nrnb, int econq, gmx_bool bPscal, real veta, real vetanew);
 149 /*
 150  * When econq=econqCoord constrains coordinates xprime using th
 151  * directions in x, min_proj is not used.
 152  *
 153  * When econq=econqDeriv, calculates the components xprime in
 154  * the constraint directions and subtracts these components from min_proj.
 155  * So when min_proj=xprime, the constraint components are projected out.
 156  *
 157  * When econq=econqDeriv_FlexCon, the same is done as with econqDeriv,
 158  * but only the components of the flexible constraints are stored.
 159  *
 160  * When bMolPBC=TRUE, assume that molecules might be broken: correct PBC.
 161  *
 162  * delta_step is used for determining the constraint reference lengths
 163  * when lenA != lenB or will the pull code with a pulling rate.
 164  * step + delta_step is the step at which the final configuration
 165  * is meant to be; for update delta_step = 1.
 166  *
 167  * If v!=NULL also constrain v by adding the constraint corrections / dt.
 168  *
 169  * If vir!=NULL calculate the constraint virial.
 170  *
 171  * if veta != NULL, constraints are done assuming isotropic pressure control
 172  * (i.e. constraining rdot.r = (v + veta*r).r = 0 instead of v
 173  *
 174  * Init_constraints must have be called once, before calling constrain.
 175  *
 176  * Return TRUE if OK, FALSE in case of shake error
 177  *
 178  */
 179
 180 gmx_constr_t init_constraints(FILE *log,
 181                               gmx_mtop_t *mtop, t_inputrec *ir,
 182                               gmx_edsam_t ed, t_state *state,
 183                               t_commrec *cr);
 184 /* Initialize constraints stuff */
 185
 186 void set_constraints(gmx_constr_t    constr,
 187                      gmx_localtop_t *top,
 188                      t_inputrec     *ir,
 189                      t_mdatoms      *md,
 190                      t_commrec      *cr);
 191 /* Set up all the local constraints for the node */
 192
 193 /* The at2con t_blocka struct returned by the routines below
 194  * contains a list of constraints per atom.
 195  * The F_CONSTRNC constraints in this structure number consecutively
 196  * after the F_CONSTR constraints.
 197  */
 198
 199 t_blocka make_at2con(int start, int natoms,
 200                      t_ilist *ilist, t_iparams *iparams,
 201                      gmx_bool bDynamics, int *nflexiblecons);
 202 /* Returns a block struct to go from atoms to constraints */
 203
 204 const t_blocka *atom2constraints_moltype(gmx_constr_t constr);
 205 /* Returns the an array of atom to constraints lists for the moltypes */
 206
 207 const int **atom2settle_moltype(gmx_constr_t constr);
 208 /* Returns the an array of atom to settle for the moltypes */
 209
 210 #define constr_iatomptr(nconstr, iatom_constr, iatom_constrnc, con) ((con) < (nconstr) ? (iatom_constr)+(con)*3 : (iatom_constrnc)+(con-nconstr)*3)
 211 /* Macro for getting the constraint iatoms for a constraint number con
 212  * which comes from a list where F_CONSTR and F_CONSTRNC constraints
 213  * are concatenated.
 214  */
 215
 216 gmx_bool inter_charge_group_constraints(const gmx_mtop_t *mtop);
 217 /* Returns if there are inter charge group constraints */
 218
 219 gmx_bool inter_charge_group_settles(const gmx_mtop_t *mtop);
 220 /* Returns if there are inter charge group settles */
 221
 222 real *constr_rmsd_data(gmx_constr_t constr);
 223 /* Return the data for determining constraint RMS relative deviations.
 224  * Returns NULL when LINCS is not used.
 225  */
 226
 227 real constr_rmsd(gmx_constr_t constr, gmx_bool bSD2);
 228 /* Return the RMSD of the constraint, bSD2 selects the second SD step */
 229
 230 real *lincs_rmsd_data(gmx_lincsdata_t lincsd);
 231 /* Return the data for determining constraint RMS relative deviations */
 232
 233 real lincs_rmsd(gmx_lincsdata_t lincsd, gmx_bool bSD2);
 234 /* Return the RMSD of the constraint, bSD2 selects the second SD step */
 235
 236 gmx_lincsdata_t init_lincs(FILE *fplog, gmx_mtop_t *mtop,
 237                            int nflexcon_global, t_blocka *at2con,
 238                            gmx_bool bPLINCS, int nIter, int nProjOrder);
 239 /* Initializes and returns the lincs data struct */
 240
 241 void set_lincs(t_idef *idef, t_mdatoms *md,
 242                gmx_bool bDynamics, t_commrec *cr,
 243                gmx_lincsdata_t li);
 244 /* Initialize lincs stuff */
 245
 246 void set_lincs_matrix(gmx_lincsdata_t li, real *invmass, real lambda);
 247 /* Sets the elements of the LINCS constraint coupling matrix */
 248
 249 real constr_r_max(FILE *fplog, gmx_mtop_t *mtop, t_inputrec *ir);
 250 /* Returns an estimate of the maximum distance between atoms
 251  * required for LINCS.
 252  */
 253
 254 gmx_bool
 255 constrain_lincs(FILE *log, gmx_bool bLog, gmx_bool bEner,
 256                 t_inputrec *ir,
 257                 gmx_large_int_t step,
 258                 gmx_lincsdata_t lincsd, t_mdatoms *md,
 259                 t_commrec *cr,
 260                 rvec *x, rvec *xprime, rvec *min_proj,
 261                 matrix box, t_pbc *pbc,
 262                 real lambda, real *dvdlambda,
 263                 real invdt, rvec *v,
 264                 gmx_bool bCalcVir, tensor vir_r_m_dr,
 265                 int econ,
 266                 t_nrnb *nrnb,
 267                 int maxwarn, int *warncount);
 268 /* Returns if the constraining succeeded */
 269
 270
 271 /* helper functions for andersen temperature control, because the
 272  * gmx_constr construct is only defined in constr.c. Return the list
 273  * of blocks (get_sblock) and the number of blocks (get_nblocks).  */
 274
 275 int *get_sblock(struct gmx_constr *constr);
 276
 277 int get_nblocks(struct gmx_constr *constr);
 278
 279 #ifdef __cplusplus
 280 }
 281 #endif
 282 #endif