src/gromacs/mdlib/qm_gamess.c

   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 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  38 #include <config.h>
  39 #endif
  40
  41 #ifdef GMX_QMMM_GAMESS
  42
  43 #include <math.h>
  44 #include <stdio.h>
  45 #include <stdlib.h>
  46 #include <string.h>
  47
  48 #include "typedefs.h"
  49 #include "macros.h"
  50 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  51 #include "gromacs/math/units.h"
  52 #include "gromacs/math/vec.h"
  53 #include "force.h"
  54 #include "invblock.h"
  55 #include "gromacs/fileio/confio.h"
  56 #include "names.h"
  57 #include "network.h"
  58 #include "ns.h"
  59 #include "nrnb.h"
  60 #include "bondf.h"
  61 #include "txtdump.h"
  62 #include "qmmm.h"
  63 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  64
  65
  66 /* QMMM sub routines */
  67 /* mopac interface routines */
  68
  69
  70 void
  71 F77_FUNC(inigms, IMIGMS) (void);
  72
  73 void
  74 F77_FUNC(endgms, ENDGMS) (void);
  75
  76 void
  77 F77_FUNC(grads, GRADS) (int *nrqmat, real *qmcrd, int *nrmmat, real *mmchrg,
  78                         real *mmcrd, real *qmgrad, real *mmgrad, real *energy);
  79
  80
  81
  82 void init_gamess(t_commrec *cr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm)
  83 {
  84     /* it works hopelessly complicated :-)
  85      * first a file is written. Then the standard gamess input/output
  86      * routine is called (no system()!) to set up all fortran arrays.
  87      * this routine writes a punch file, like in a normal gamess run.
  88      * via this punch file the other games routines, needed for gradient
  89      * and energy evaluations are called. This setup works fine for
  90      * dynamics simulations. 7-6-2002 (London)
  91      */
  92     int
  93         i, j, rank;
  94     FILE
  95        *out;
  96     char
  97         periodic_system[37][3] = {
  98         "XX", "H ", "He", "Li", "Be", "B ", "C ", "N ",
  99         "O ", "F ", "Ne", "Na", "Mg", "Al", "Si", "P ",
 100         "S ", "Cl", "Ar", "K ", "Ca", "Sc", "Ti", "V ",
 101         "Cr", "Mn", "Fe", "Co", "Ni", "Cu", "Zn", "Ga",
 102         "Ge", "As", "Se", "Br", "Kr"
 103     };
 104
 105     if (PAR(cr))
 106     {
 107
 108         if (MASTER(cr))
 109         {
 110             out = fopen("FOR009", "w");
 111             /* of these options I am not completely sure....  the overall
 112              * preformance on more than 4 cpu's is rather poor at the moment.
 113              */
 114             fprintf(out, "memory 48000000\nPARALLEL IOMODE SCREENED\n");
 115             fprintf(out, "ELEC %d\nMULT %d\nSUPER ON\nNOSYM\nGEOMETRY ANGSTROM\n",
 116                     qm->nelectrons, qm->multiplicity);
 117             for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 118             {
 119 #ifdef DOUBLE
 120                 fprintf(out, "%10.7lf  %10.7lf  %10.7lf  %5.3lf  %2s\n",
 121                         i/2.,
 122                         i/3.,
 123                         i/4.,
 124                         qm->atomicnumberQM[i]*1.0,
 125                         periodic_system[qm->atomicnumberQM[i]]);
 126 #else
 127                 fprintf(out, "%10.7f  %10.7f  %10.7f  %5.3f  %2s\n",
 128                         i/2.,
 129                         i/3.,
 130                         i/4.,
 131                         qm->atomicnumberQM[i]*1.0,
 132                         periodic_system[qm->atomicnumberQM[i]]);
 133 #endif
 134             }
 135             if (mm->nrMMatoms)
 136             {
 137                 for (j = i; j < i+2; j++)
 138                 {
 139 #ifdef DOUBLE
 140                     fprintf(out, "%10.7lf  %10.7lf  %10.7lf  %5.3lf  BQ\n",
 141                             j/5.,
 142                             j/6.,
 143                             j/7.,
 144                             1.0);
 145 #else
 146                     fprintf(out, "%10.7f  %10.7f  %10.7f  %5.3f  BQ\n",
 147                             j/5.,
 148                             j/6.,
 149                             j/7.,
 150                             2.0);
 151 #endif
 152                 }
 153             }
 154             if (!qm->bTS)
 155             {
 156                 fprintf(out, "END\nBASIS %s\nRUNTYPE GRADIENT\nSCFTYPE %s\n",
 157                         eQMbasis_names[qm->QMbasis],
 158                         eQMmethod_names[qm->QMmethod]); /* see enum.h */
 159             }
 160             else
 161             {
 162                 fprintf(out, "END\nBASIS %s\nRUNTYPE SADDLE\nSCFTYPE %s\n",
 163                         eQMbasis_names[qm->QMbasis],
 164                         eQMmethod_names[qm->QMmethod]); /* see enum.h */
 165             }
 166             fclose(out);
 167         }
 168         gmx_barrier(cr);
 169         F77_FUNC(inigms, IMIGMS) ();
 170     }
 171     else /* normal serial run */
 172
 173     {
 174         out = fopen("FOR009", "w");
 175         /* of these options I am not completely sure....  the overall
 176          * preformance on more than 4 cpu's is rather poor at the moment.
 177          */
 178         fprintf(out, "ELEC %d\nMULT %d\nSUPER ON\nNOSYM\nGEOMETRY ANGSTROM\n",
 179                 qm->nelectrons, qm->multiplicity);
 180         for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 181         {
 182 #ifdef DOUBLE
 183             fprintf(out, "%10.7lf  %10.7lf  %10.7lf  %5.3lf  %2s\n",
 184                     i/2.,
 185                     i/3.,
 186                     i/4.,
 187                     qm->atomicnumberQM[i]*1.0,
 188                     periodic_system[qm->atomicnumberQM[i]]);
 189 #else
 190             fprintf(out, "%10.7f  %10.7f  %10.7f  %5.3f  %2s\n",
 191                     i/2.,
 192                     i/3.,
 193                     i/4.,
 194                     qm->atomicnumberQM[i]*1.0,
 195                     periodic_system[qm->atomicnumberQM[i]]);
 196 #endif
 197         }
 198         if (mm->nrMMatoms)
 199         {
 200             for (j = i; j < i+2; j++)
 201             {
 202 #ifdef DOUBLE
 203                 fprintf(out, "%10.7lf  %10.7lf  %10.7lf  %5.3lf  BQ\n",
 204                         j/5.,
 205                         j/6.,
 206                         j/7.,
 207                         1.0);
 208 #else
 209                 fprintf(out, "%10.7f  %10.7f  %10.7f  %5.3f  BQ\n",
 210                         j/5.,
 211                         j/6.,
 212                         j/7.,
 213                         2.0);
 214 #endif
 215             }
 216         }
 217         if (!qm->bTS)
 218         {
 219             fprintf(out, "END\nBASIS %s\nRUNTYPE GRADIENT\nSCFTYPE %s\n",
 220                     eQMbasis_names[qm->QMbasis],
 221                     eQMmethod_names[qm->QMmethod]); /* see enum.h */
 222         }
 223         else
 224         {
 225             fprintf(out, "END\nBASIS %s\nRUNTYPE SADDLE\nSCFTYPE %s\n",
 226                     eQMbasis_names[qm->QMbasis],
 227                     eQMmethod_names[qm->QMmethod]); /* see enum.h */
 228         }
 229         F77_FUNC(inigms, IMIGMS) ();
 230     }
 231 }
 232
 233 real call_gamess(t_commrec *cr, t_forcerec *fr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm,
 234                  rvec f[], rvec fshift[])
 235 {
 236     /* do the actual QMMM calculation using GAMESS-UK. In this
 237      * implementation (3-2001) a system call is made to the GAMESS-UK
 238      * binary. Now we are working to get the electron integral, SCF, and
 239      * gradient routines linked directly
 240      */
 241     int
 242         i, j, rank;
 243     real
 244         QMener = 0.0, *qmgrad, *mmgrad, *mmcrd, *qmcrd, energy;
 245     t_QMMMrec
 246        *qr;
 247
 248     /* copy the QMMMrec pointer */
 249     qr = fr->qr;
 250     snew(qmcrd, 3*(qm->nrQMatoms));
 251     snew(mmcrd, 3*(mm->nrMMatoms));
 252     snew(qmgrad, 3*(qm->nrQMatoms));
 253     snew(mmgrad, 3*(mm->nrMMatoms));
 254
 255     /* copy the data from qr into the arrays that are going to be used
 256      * in the fortran routines of gamess
 257      */
 258     for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 259     {
 260         for (j = 0; j < DIM; j++)
 261         {
 262             qmcrd[DIM*i+j] = 1/BOHR2NM*qm->xQM[i][j];
 263         }
 264     }
 265     for (i = 0; i < mm->nrMMatoms; i++)
 266     {
 267         for (j = 0; j < DIM; j++)
 268         {
 269             mmcrd[DIM*i+j] = 1/BOHR2NM*mm->xMM[i][j];
 270         }
 271     }
 272     for (i = 0; i < 3*qm->nrQMatoms; i += 3)
 273     {
 274         fprintf(stderr, "%8.5f, %8.5f, %8.5f\n",
 275                 qmcrd[i],
 276                 qmcrd[i+1],
 277                 qmcrd[i+2]);
 278     }
 279
 280     F77_FUNC(grads, GRADS) (&qm->nrQMatoms, qmcrd, &mm->nrMMatoms, mm->MMcharges,
 281                             mmcrd, qmgrad, mmgrad, &energy);
 282
 283     for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 284     {
 285         for (j = 0; j < DIM; j++)
 286         {
 287             f[i][j]      = HARTREE_BOHR2MD*qmgrad[3*i+j];
 288             fshift[i][j] = HARTREE_BOHR2MD*qmgrad[3*i+j];
 289         }
 290     }
 291     for (i = 0; i < mm->nrMMatoms; i++)
 292     {
 293         for (j = 0; j < DIM; j++)
 294         {
 295             f[i][j]      = HARTREE_BOHR2MD*mmgrad[3*i+j];
 296             fshift[i][j] = HARTREE_BOHR2MD*mmgrad[3*i+j];
 297         }
 298     }
 299     /* convert a.u to kJ/mol */
 300     QMener = energy*HARTREE2KJ*AVOGADRO;
 301     return(QMener);
 302 }
 303
 304 #else
 305 int
 306     gmx_qmmm_gamess_empty;
 307 #endif