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