src/gromacs/legacyheaders/types/idef.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
   5  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team.
   6  * Copyright (c) 2013,2014, 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
  38
  39 #ifndef _idef_h
  40 #define _idef_h
  41
  42 #include "simple.h"
  43
  44 #ifdef __cplusplus
  45 extern "C" {
  46 #endif
  47
  48
  49 /* check kernel/toppush.c when you change these numbers */
  50 #define MAXATOMLIST 6
  51 #define MAXFORCEPARAM   12
  52 #define NR_RBDIHS   6
  53 #define NR_CBTDIHS   6
  54 #define NR_FOURDIHS     4
  55
  56 typedef atom_id t_iatom;
  57
  58 /* this MUST correspond to the
  59    t_interaction_function[F_NRE] in gmxlib/ifunc.c */
  60 enum {
  61     F_BONDS,
  62     F_G96BONDS,
  63     F_MORSE,
  64     F_CUBICBONDS,
  65     F_CONNBONDS,
  66     F_HARMONIC,
  67     F_FENEBONDS,
  68     F_TABBONDS,
  69     F_TABBONDSNC,
  70     F_RESTRBONDS,
  71     F_ANGLES,
  72     F_G96ANGLES,
  73     F_RESTRANGLES,
  74     F_LINEAR_ANGLES,
  75     F_CROSS_BOND_BONDS,
  76     F_CROSS_BOND_ANGLES,
  77     F_UREY_BRADLEY,
  78     F_QUARTIC_ANGLES,
  79     F_TABANGLES,
  80     F_PDIHS,
  81     F_RBDIHS,
  82     F_RESTRDIHS,
  83     F_CBTDIHS,
  84     F_FOURDIHS,
  85     F_IDIHS,
  86     F_PIDIHS,
  87     F_TABDIHS,
  88     F_CMAP,
  89     F_GB12,
  90     F_GB13,
  91     F_GB14,
  92     F_GBPOL,
  93     F_NPSOLVATION,
  94     F_LJ14,
  95     F_COUL14,
  96     F_LJC14_Q,
  97     F_LJC_PAIRS_NB,
  98     F_LJ,
  99     F_BHAM,
 100     F_LJ_LR,
 101     F_BHAM_LR,
 102     F_DISPCORR,
 103     F_COUL_SR,
 104     F_COUL_LR,
 105     F_RF_EXCL,
 106     F_COUL_RECIP,
 107     F_LJ_RECIP,
 108     F_DPD,
 109     F_POLARIZATION,
 110     F_WATER_POL,
 111     F_THOLE_POL,
 112     F_ANHARM_POL,
 113     F_POSRES,
 114     F_FBPOSRES,
 115     F_DISRES,
 116     F_DISRESVIOL,
 117     F_ORIRES,
 118     F_ORIRESDEV,
 119     F_ANGRES,
 120     F_ANGRESZ,
 121     F_DIHRES,
 122     F_DIHRESVIOL,
 123     F_CONSTR,
 124     F_CONSTRNC,
 125     F_SETTLE,
 126     F_VSITE2,
 127     F_VSITE3,
 128     F_VSITE3FD,
 129     F_VSITE3FAD,
 130     F_VSITE3OUT,
 131     F_VSITE4FD,
 132     F_VSITE4FDN,
 133     F_VSITEN,
 134     F_COM_PULL,
 135     F_EQM,
 136     F_EPOT,
 137     F_EKIN,
 138     F_ETOT,
 139     F_ECONSERVED,
 140     F_TEMP,
 141     F_VTEMP_NOLONGERUSED,
 142     F_PDISPCORR,
 143     F_PRES,
 144     F_DVDL_CONSTR,
 145     F_DVDL,
 146     F_DKDL,
 147     F_DVDL_COUL,
 148     F_DVDL_VDW,
 149     F_DVDL_BONDED,
 150     F_DVDL_RESTRAINT,
 151     F_DVDL_TEMPERATURE, /* not calculated for now, but should just be the energy (NVT) or enthalpy (NPT), or 0 (NVE) */
 152     F_NRE               /* This number is for the total number of energies      */
 153 };
 154
 155 #define IS_RESTRAINT_TYPE(ifunc) (((ifunc == F_POSRES) || (ifunc == F_FBPOSRES) || (ifunc == F_DISRES) || (ifunc == F_RESTRBONDS) || (ifunc == F_DISRESVIOL) || (ifunc == F_ORIRES) || (ifunc == F_ORIRESDEV) || (ifunc == F_ANGRES) || (ifunc == F_ANGRESZ) || (ifunc == F_DIHRES)))
 156
 157 /* A macro for checking if ftype is an explicit pair-listed LJ or COULOMB
 158  * interaction type:
 159  * bonded LJ (usually 1-4), or special listed non-bonded for FEP.
 160  */
 161 #define IS_LISTED_LJ_C(ftype) ((ftype) >= F_LJ14 && (ftype) <= F_LJC_PAIRS_NB)
 162
 163 typedef union
 164 {
 165     /* Some parameters have A and B values for free energy calculations.
 166      * The B values are not used for regular simulations of course.
 167      * Free Energy for nonbondeds can be computed by changing the atom type.
 168      * The harmonic type is used for all harmonic potentials:
 169      * bonds, angles and improper dihedrals
 170      */
 171     struct {
 172         real a, b, c;
 173     } bham;
 174     struct {
 175         real rA, krA, rB, krB;
 176     } harmonic;
 177     struct {
 178         real klinA, aA, klinB, aB;
 179     } linangle;
 180     struct {
 181         real lowA, up1A, up2A, kA, lowB, up1B, up2B, kB;
 182     } restraint;
 183     /* No free energy supported for cubic bonds, FENE, WPOL or cross terms */
 184     struct {
 185         real b0, kb, kcub;
 186     } cubic;
 187     struct {
 188         real bm, kb;
 189     } fene;
 190     struct {
 191         real r1e, r2e, krr;
 192     } cross_bb;
 193     struct {
 194         real r1e, r2e, r3e, krt;
 195     } cross_ba;
 196     struct {
 197         real thetaA, kthetaA, r13A, kUBA, thetaB, kthetaB, r13B, kUBB;
 198     } u_b;
 199     struct {
 200         real theta, c[5];
 201     } qangle;
 202     struct {
 203         real alpha;
 204     } polarize;
 205     struct {
 206         real alpha, drcut, khyp;
 207     } anharm_polarize;
 208     struct {
 209         real al_x, al_y, al_z, rOH, rHH, rOD;
 210     } wpol;
 211     struct {
 212         real a, alpha1, alpha2, rfac;
 213     } thole;
 214     struct {
 215         real c6, c12;
 216     } lj;
 217     struct {
 218         real c6A, c12A, c6B, c12B;
 219     } lj14;
 220     struct {
 221         real fqq, qi, qj, c6, c12;
 222     } ljc14;
 223     struct {
 224         real qi, qj, c6, c12;
 225     } ljcnb;
 226     /* Proper dihedrals can not have different multiplicity when
 227      * doing free energy calculations, because the potential would not
 228      * be periodic anymore.
 229      */
 230     struct {
 231         real phiA, cpA; int mult; real phiB, cpB;
 232     } pdihs;
 233     struct {
 234         real dA, dB;
 235     } constr;
 236     /* Settle can not be used for Free energy calculations of water bond geometry.
 237      * Use shake (or lincs) instead if you have to change the water bonds.
 238      */
 239     struct {
 240         real doh, dhh;
 241     } settle;
 242     struct {
 243         real b0A, cbA, betaA, b0B, cbB, betaB;
 244     } morse;
 245     struct {
 246         real pos0A[DIM], fcA[DIM], pos0B[DIM], fcB[DIM];
 247     } posres;
 248     struct {
 249         real pos0[DIM], r, k; int geom;
 250     } fbposres;
 251     struct {
 252         real rbcA[NR_RBDIHS], rbcB[NR_RBDIHS];
 253     } rbdihs;
 254     struct {
 255         real cbtcA[NR_CBTDIHS], cbtcB[NR_CBTDIHS];
 256     } cbtdihs;
 257     struct {
 258         real a, b, c, d, e, f;
 259     } vsite;
 260     struct {
 261         int  n; real a;
 262     } vsiten;
 263     /* NOTE: npair is only set after reading the tpx file */
 264     struct {
 265         real low, up1, up2, kfac; int type, label, npair;
 266     } disres;
 267     struct {
 268         real phiA, dphiA, kfacA, phiB, dphiB, kfacB;
 269     } dihres;
 270     struct {
 271         int  ex, power, label; real c, obs, kfac;
 272     } orires;
 273     struct {
 274         int  table; real kA; real kB;
 275     } tab;
 276     struct {
 277         real sar, st, pi, gbr, bmlt;
 278     } gb;
 279     struct {
 280         int cmapA, cmapB;
 281     } cmap;
 282     struct {
 283         real buf[MAXFORCEPARAM];
 284     } generic;                                               /* Conversion */
 285 } t_iparams;
 286
 287 typedef int t_functype;
 288
 289 /*
 290  * The nonperturbed/perturbed interactions are now separated (sorted) in the
 291  * ilist, such that the first 0..(nr_nonperturbed-1) ones are exactly that, and
 292  * the remaining ones from nr_nonperturbed..(nr-1) are perturbed bonded
 293  * interactions.
 294  */
 295 typedef struct
 296 {
 297     int      nr;
 298     int      nr_nonperturbed;
 299     t_iatom *iatoms;
 300     int      nalloc;
 301 } t_ilist;
 302
 303 /*
 304  * The struct t_ilist defines a list of atoms with their interactions.
 305  * General field description:
 306  *   int nr
 307  *      the size (nr elements) of the interactions array (iatoms[]).
 308  *   t_iatom *iatoms
 309  *  specifies which atoms are involved in an interaction of a certain
 310  *       type. The layout of this array is as follows:
 311  *
 312  *        +-----+---+---+---+-----+---+---+-----+---+---+---+-----+---+---+...
 313  *        |type1|at1|at2|at3|type2|at1|at2|type1|at1|at2|at3|type3|at1|at2|
 314  *        +-----+---+---+---+-----+---+---+-----+---+---+---+-----+---+---+...
 315  *
 316  *  So for interaction type type1 3 atoms are needed, and for type2 and
 317  *      type3 only 2. The type identifier is used to select the function to
 318  *      calculate the interaction and its actual parameters. This type
 319  *      identifier is an index in a params[] and functype[] array.
 320  */
 321
 322 typedef struct
 323 {
 324     real *cmap; /* Has length 4*grid_spacing*grid_spacing, */
 325     /* there are 4 entries for each cmap type (V,dVdx,dVdy,d2dVdxdy) */
 326 } cmapdata_t;
 327
 328 typedef struct
 329 {
 330     int         ngrid;        /* Number of allocated cmap (cmapdata_t ) grids */
 331     int         grid_spacing; /* Grid spacing */
 332     cmapdata_t *cmapdata;     /* Pointer to grid with actual, pre-interpolated data */
 333 } gmx_cmap_t;
 334
 335
 336 typedef struct
 337 {
 338     int         ntypes;
 339     int         atnr;
 340     t_functype *functype;
 341     t_iparams  *iparams;
 342     double      reppow;    /* The repulsion power for VdW: C12*r^-reppow   */
 343     real        fudgeQQ;   /* The scaling factor for Coulomb 1-4: f*q1*q2  */
 344     gmx_cmap_t  cmap_grid; /* The dihedral correction maps                 */
 345 } gmx_ffparams_t;
 346
 347 enum {
 348     ilsortUNKNOWN, ilsortNO_FE, ilsortFE_UNSORTED, ilsortFE_SORTED
 349 };
 350
 351 typedef struct
 352 {
 353     int         ntypes;
 354     int         atnr;
 355     t_functype *functype;
 356     t_iparams  *iparams;
 357     real        fudgeQQ;
 358     gmx_cmap_t  cmap_grid;
 359     t_iparams  *iparams_posres, *iparams_fbposres;
 360     int         iparams_posres_nalloc, iparams_fbposres_nalloc;
 361
 362     t_ilist     il[F_NRE];
 363     int         ilsort;
 364     int         nthreads;
 365     int        *il_thread_division;
 366     int         il_thread_division_nalloc;
 367 } t_idef;
 368
 369 /*
 370  * The struct t_idef defines all the interactions for the complete
 371  * simulation. The structure is setup in such a way that the multinode
 372  * version of the program  can use it as easy as the single node version.
 373  * General field description:
 374  *   int ntypes
 375  *      defines the number of elements in functype[] and param[].
 376  *   int nodeid
 377  *      the node id (if parallel machines)
 378  *   int atnr
 379  *      the number of atomtypes
 380  *   t_functype *functype
 381  *      array of length ntypes, defines for every force type what type of
 382  *      function to use. Every "bond" with the same function but different
 383  *      force parameters is a different force type. The type identifier in the
 384  *      forceatoms[] array is an index in this array.
 385  *   t_iparams *iparams
 386  *      array of length ntypes, defines the parameters for every interaction
 387  *      type. The type identifier in the actual interaction list
 388  *      (ilist[ftype].iatoms[]) is an index in this array.
 389  *   gmx_cmap_t cmap_grid
 390  *      the grid for the dihedral pair correction maps.
 391  *   t_iparams *iparams_posres, *iparams_fbposres
 392  *      defines the parameters for position restraints only.
 393  *      Position restraints are the only interactions that have different
 394  *      parameters (reference positions) for different molecules
 395  *      of the same type. ilist[F_POSRES].iatoms[] is an index in this array.
 396  *   t_ilist il[F_NRE]
 397  *      The list of interactions for each type. Note that some,
 398  *      such as LJ and COUL will have 0 entries.
 399  *   int ilsort
 400  *      The state of the sorting of il, values are provided above.
 401  *   int nthreads
 402  *      The number of threads used to set il_thread_division.
 403  *   int *il_thread_division
 404  *      The division of the normal bonded interactions of threads.
 405  *      il_thread_division[ftype*(nthreads+1)+t] contains an index
 406  *      into il[ftype].iatoms; thread th operates on t=th to t=th+1.
 407  *   int il_thread_division_nalloc
 408  *      The allocated size of il_thread_division,
 409  *      should be at least F_NRE*(nthreads+1).
 410  */
 411
 412 typedef struct {
 413     int   n;      /* n+1 is the number of points */
 414     real  scale;  /* distance between two points */
 415     real *data;   /* the actual table data, per point there are 4 numbers */
 416 } bondedtable_t;
 417
 418 #ifdef __cplusplus
 419 }
 420 #endif
 421
 422
 423 #endif