src/gromacs/mdlib/sim_util.c

   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  * GROwing Monsters And Cloning Shrimps
  35  */
  36 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  37 #include <config.h>
  38 #endif
  39
  40 #ifdef GMX_CRAY_XT3
  41 #include<catamount/dclock.h>
  42 #endif
  43
  44
  45 #include <stdio.h>
  46 #include <time.h>
  47 #ifdef HAVE_SYS_TIME_H
  48 #include <sys/time.h>
  49 #endif
  50 #include <math.h>
  51 #include "typedefs.h"
  52 #include "string2.h"
  53 #include "gmxfio.h"
  54 #include "smalloc.h"
  55 #include "names.h"
  56 #include "confio.h"
  57 #include "mvdata.h"
  58 #include "txtdump.h"
  59 #include "pbc.h"
  60 #include "chargegroup.h"
  61 #include "vec.h"
  62 #include "time.h"
  63 #include "nrnb.h"
  64 #include "mshift.h"
  65 #include "mdrun.h"
  66 #include "update.h"
  67 #include "physics.h"
  68 #include "main.h"
  69 #include "mdatoms.h"
  70 #include "force.h"
  71 #include "bondf.h"
  72 #include "pme.h"
  73 #include "pppm.h"
  74 #include "disre.h"
  75 #include "orires.h"
  76 #include "network.h"
  77 #include "calcmu.h"
  78 #include "constr.h"
  79 #include "xvgr.h"
  80 #include "trnio.h"
  81 #include "xtcio.h"
  82 #include "copyrite.h"
  83 #include "pull_rotation.h"
  84 #include "domdec.h"
  85 #include "partdec.h"
  86 #include "gmx_wallcycle.h"
  87 #include "genborn.h"
  88
  89 #ifdef GMX_LIB_MPI
  90 #include <mpi.h>
  91 #endif
  92 #ifdef GMX_THREADS
  93 #include "tmpi.h"
  94 #endif
  95
  96 #include "qmmm.h"
  97
  98 #if 0
  99 typedef struct gmx_timeprint {
 100
 101 } t_gmx_timeprint;
 102 #endif
 103
 104 /* Portable version of ctime_r implemented in src/gmxlib/string2.c, but we do not want it declared in public installed headers */
 105 char *
 106 gmx_ctime_r(const time_t *clock,char *buf, int n);
 107
 108
 109 double
 110 gmx_gettime()
 111 {
 112 #ifdef HAVE_GETTIMEOFDAY
 113         struct timeval t;
 114         double seconds;
 115
 116         gettimeofday(&t,NULL);
 117
 118         seconds = (double) t.tv_sec + 1e-6*(double)t.tv_usec;
 119
 120         return seconds;
 121 #else
 122         double  seconds;
 123
 124         seconds = time(NULL);
 125
 126         return seconds;
 127 #endif
 128 }
 129
 130
 131 #define difftime(end,start) ((double)(end)-(double)(start))
 132
 133 void print_time(FILE *out,gmx_runtime_t *runtime,gmx_large_int_t step,
 134                 t_inputrec *ir, t_commrec *cr)
 135 {
 136     time_t finish;
 137     char   timebuf[STRLEN];
 138     double dt;
 139     char buf[48];
 140
 141 #ifndef GMX_THREADS
 142     if (!PAR(cr))
 143 #endif
 144     {
 145         fprintf(out,"\r");
 146     }
 147     fprintf(out,"step %s",gmx_step_str(step,buf));
 148     if ((step >= ir->nstlist))
 149     {
 150         if ((ir->nstlist == 0) || ((step % ir->nstlist) == 0))
 151         {
 152             /* We have done a full cycle let's update time_per_step */
 153             runtime->last = gmx_gettime();
 154             dt = difftime(runtime->last,runtime->real);
 155             runtime->time_per_step = dt/(step - ir->init_step + 1);
 156         }
 157         dt = (ir->nsteps + ir->init_step - step)*runtime->time_per_step;
 158
 159         if (ir->nsteps >= 0)
 160         {
 161             if (dt >= 300)
 162             {
 163                 finish = (time_t) (runtime->last + dt);
 164                 gmx_ctime_r(&finish,timebuf,STRLEN);
 165                 sprintf(buf,"%s",timebuf);
 166                 buf[strlen(buf)-1]='\0';
 167                 fprintf(out,", will finish %s",buf);
 168             }
 169             else
 170                 fprintf(out,", remaining runtime: %5d s          ",(int)dt);
 171         }
 172         else
 173         {
 174             fprintf(out," performance: %.1f ns/day    ",
 175                     ir->delta_t/1000*24*60*60/runtime->time_per_step);
 176         }
 177     }
 178 #ifndef GMX_THREADS
 179     if (PAR(cr))
 180     {
 181         fprintf(out,"\n");
 182     }
 183 #endif
 184
 185     fflush(out);
 186 }
 187
 188 #ifdef NO_CLOCK
 189 #define clock() -1
 190 #endif
 191
 192 static double set_proctime(gmx_runtime_t *runtime)
 193 {
 194     double diff;
 195 #ifdef GMX_CRAY_XT3
 196     double prev;
 197
 198     prev = runtime->proc;
 199     runtime->proc = dclock();
 200
 201     diff = runtime->proc - prev;
 202 #else
 203     clock_t prev;
 204
 205     prev = runtime->proc;
 206     runtime->proc = clock();
 207
 208     diff = (double)(runtime->proc - prev)/(double)CLOCKS_PER_SEC;
 209 #endif
 210     if (diff < 0)
 211     {
 212         /* The counter has probably looped, ignore this data */
 213         diff = 0;
 214     }
 215
 216     return diff;
 217 }
 218
 219 void runtime_start(gmx_runtime_t *runtime)
 220 {
 221     runtime->real = gmx_gettime();
 222     runtime->proc          = 0;
 223     set_proctime(runtime);
 224     runtime->realtime      = 0;
 225     runtime->proctime      = 0;
 226     runtime->last          = 0;
 227     runtime->time_per_step = 0;
 228 }
 229
 230 void runtime_end(gmx_runtime_t *runtime)
 231 {
 232     double now;
 233
 234     now = gmx_gettime();
 235
 236     runtime->proctime += set_proctime(runtime);
 237     runtime->realtime  = now - runtime->real;
 238     runtime->real      = now;
 239 }
 240
 241 void runtime_upd_proc(gmx_runtime_t *runtime)
 242 {
 243     runtime->proctime += set_proctime(runtime);
 244 }
 245
 246 void print_date_and_time(FILE *fplog,int nodeid,const char *title,
 247                          const gmx_runtime_t *runtime)
 248 {
 249     int i;
 250     char timebuf[STRLEN];
 251     char time_string[STRLEN];
 252     time_t tmptime;
 253
 254     if (fplog)
 255     {
 256         if (runtime != NULL)
 257         {
 258             tmptime = (time_t) runtime->real;
 259             gmx_ctime_r(&tmptime,timebuf,STRLEN);
 260         }
 261         else
 262         {
 263             tmptime = (time_t) gmx_gettime();
 264             gmx_ctime_r(&tmptime,timebuf,STRLEN);
 265         }
 266         for(i=0; timebuf[i]>=' '; i++)
 267         {
 268             time_string[i]=timebuf[i];
 269         }
 270         time_string[i]='\0';
 271
 272         fprintf(fplog,"%s on node %d %s\n",title,nodeid,time_string);
 273     }
 274 }
 275
 276 static void sum_forces(int start,int end,rvec f[],rvec flr[])
 277 {
 278   int i;
 279
 280   if (gmx_debug_at) {
 281     pr_rvecs(debug,0,"fsr",f+start,end-start);
 282     pr_rvecs(debug,0,"flr",flr+start,end-start);
 283   }
 284   for(i=start; (i<end); i++)
 285     rvec_inc(f[i],flr[i]);
 286 }
 287
 288 /*
 289  * calc_f_el calculates forces due to an electric field.
 290  *
 291  * force is kJ mol^-1 nm^-1 = e * kJ mol^-1 nm^-1 / e
 292  *
 293  * Et[] contains the parameters for the time dependent
 294  * part of the field (not yet used).
 295  * Ex[] contains the parameters for
 296  * the spatial dependent part of the field. You can have cool periodic
 297  * fields in principle, but only a constant field is supported
 298  * now.
 299  * The function should return the energy due to the electric field
 300  * (if any) but for now returns 0.
 301  *
 302  * WARNING:
 303  * There can be problems with the virial.
 304  * Since the field is not self-consistent this is unavoidable.
 305  * For neutral molecules the virial is correct within this approximation.
 306  * For neutral systems with many charged molecules the error is small.
 307  * But for systems with a net charge or a few charged molecules
 308  * the error can be significant when the field is high.
 309  * Solution: implement a self-consitent electric field into PME.
 310  */
 311 static void calc_f_el(FILE *fp,int  start,int homenr,
 312                       real charge[],rvec x[],rvec f[],
 313                       t_cosines Ex[],t_cosines Et[],double t)
 314 {
 315     rvec Ext;
 316     real t0;
 317     int  i,m;
 318
 319     for(m=0; (m<DIM); m++)
 320     {
 321         if (Et[m].n > 0)
 322         {
 323             if (Et[m].n == 3)
 324             {
 325                 t0 = Et[m].a[1];
 326                 Ext[m] = cos(Et[m].a[0]*(t-t0))*exp(-sqr(t-t0)/(2.0*sqr(Et[m].a[2])));
 327             }
 328             else
 329             {
 330                 Ext[m] = cos(Et[m].a[0]*t);
 331             }
 332         }
 333         else
 334         {
 335             Ext[m] = 1.0;
 336         }
 337         if (Ex[m].n > 0)
 338         {
 339             /* Convert the field strength from V/nm to MD-units */
 340             Ext[m] *= Ex[m].a[0]*FIELDFAC;
 341             for(i=start; (i<start+homenr); i++)
 342                 f[i][m] += charge[i]*Ext[m];
 343         }
 344         else
 345         {
 346             Ext[m] = 0;
 347         }
 348     }
 349     if (fp != NULL)
 350     {
 351         fprintf(fp,"%10g  %10g  %10g  %10g #FIELD\n",t,
 352                 Ext[XX]/FIELDFAC,Ext[YY]/FIELDFAC,Ext[ZZ]/FIELDFAC);
 353     }
 354 }
 355
 356 static void calc_virial(FILE *fplog,int start,int homenr,rvec x[],rvec f[],
 357                         tensor vir_part,t_graph *graph,matrix box,
 358                         t_nrnb *nrnb,const t_forcerec *fr,int ePBC)
 359 {
 360   int i,j;
 361   tensor virtest;
 362
 363   /* The short-range virial from surrounding boxes */
 364   clear_mat(vir_part);
 365   calc_vir(fplog,SHIFTS,fr->shift_vec,fr->fshift,vir_part,ePBC==epbcSCREW,box);
 366   inc_nrnb(nrnb,eNR_VIRIAL,SHIFTS);
 367
 368   /* Calculate partial virial, for local atoms only, based on short range.
 369    * Total virial is computed in global_stat, called from do_md
 370    */
 371   f_calc_vir(fplog,start,start+homenr,x,f,vir_part,graph,box);
 372   inc_nrnb(nrnb,eNR_VIRIAL,homenr);
 373
 374   /* Add position restraint contribution */
 375   for(i=0; i<DIM; i++) {
 376     vir_part[i][i] += fr->vir_diag_posres[i];
 377   }
 378
 379   /* Add wall contribution */
 380   for(i=0; i<DIM; i++) {
 381     vir_part[i][ZZ] += fr->vir_wall_z[i];
 382   }
 383
 384   if (debug)
 385     pr_rvecs(debug,0,"vir_part",vir_part,DIM);
 386 }
 387
 388 static void print_large_forces(FILE *fp,t_mdatoms *md,t_commrec *cr,
 389                                gmx_large_int_t step,real pforce,rvec *x,rvec *f)
 390 {
 391   int  i;
 392   real pf2,fn2;
 393   char buf[STEPSTRSIZE];
 394
 395   pf2 = sqr(pforce);
 396   for(i=md->start; i<md->start+md->homenr; i++) {
 397     fn2 = norm2(f[i]);
 398     /* We also catch NAN, if the compiler does not optimize this away. */
 399     if (fn2 >= pf2 || fn2 != fn2) {
 400       fprintf(fp,"step %s  atom %6d  x %8.3f %8.3f %8.3f  force %12.5e\n",
 401               gmx_step_str(step,buf),
 402               ddglatnr(cr->dd,i),x[i][XX],x[i][YY],x[i][ZZ],sqrt(fn2));
 403     }
 404   }
 405 }
 406
 407 void do_force(FILE *fplog,t_commrec *cr,
 408               t_inputrec *inputrec,
 409               gmx_large_int_t step,t_nrnb *nrnb,gmx_wallcycle_t wcycle,
 410               gmx_localtop_t *top,
 411               gmx_mtop_t *mtop,
 412               gmx_groups_t *groups,
 413               matrix box,rvec x[],history_t *hist,
 414               rvec f[],
 415               tensor vir_force,
 416               t_mdatoms *mdatoms,
 417               gmx_enerdata_t *enerd,t_fcdata *fcd,
 418               real lambda,t_graph *graph,
 419               t_forcerec *fr,gmx_vsite_t *vsite,rvec mu_tot,
 420               double t,FILE *field,gmx_edsam_t ed,
 421               gmx_bool bBornRadii,
 422               int flags)
 423 {
 424     int    cg0,cg1,i,j;
 425     int    start,homenr;
 426     double mu[2*DIM];
 427     gmx_bool   bSepDVDL,bStateChanged,bNS,bFillGrid,bCalcCGCM,bBS;
 428     gmx_bool   bDoLongRange,bDoForces,bSepLRF;
 429     matrix boxs;
 430     real   e,v,dvdl;
 431     t_pbc  pbc;
 432     float  cycles_ppdpme,cycles_pme,cycles_seppme,cycles_force;
 433
 434     start  = mdatoms->start;
 435     homenr = mdatoms->homenr;
 436
 437     bSepDVDL = (fr->bSepDVDL && do_per_step(step,inputrec->nstlog));
 438
 439     clear_mat(vir_force);
 440
 441     if (PARTDECOMP(cr))
 442     {
 443         pd_cg_range(cr,&cg0,&cg1);
 444     }
 445     else
 446     {
 447         cg0 = 0;
 448         if (DOMAINDECOMP(cr))
 449         {
 450             cg1 = cr->dd->ncg_tot;
 451         }
 452         else
 453         {
 454             cg1 = top->cgs.nr;
 455         }
 456         if (fr->n_tpi > 0)
 457         {
 458             cg1--;
 459         }
 460     }
 461
 462     bStateChanged = (flags & GMX_FORCE_STATECHANGED);
 463     bNS           = (flags & GMX_FORCE_NS) && (fr->bAllvsAll==FALSE);
 464     bFillGrid     = (bNS && bStateChanged);
 465     bCalcCGCM     = (bFillGrid && !DOMAINDECOMP(cr));
 466     bDoLongRange  = (fr->bTwinRange && bNS && (flags & GMX_FORCE_DOLR));
 467     bDoForces     = (flags & GMX_FORCE_FORCES);
 468     bSepLRF       = (bDoLongRange && bDoForces && (flags & GMX_FORCE_SEPLRF));
 469
 470     if (bStateChanged)
 471     {
 472         update_forcerec(fplog,fr,box);
 473
 474         /* Calculate total (local) dipole moment in a temporary common array.
 475          * This makes it possible to sum them over nodes faster.
 476          */
 477         calc_mu(start,homenr,
 478                 x,mdatoms->chargeA,mdatoms->chargeB,mdatoms->nChargePerturbed,
 479                 mu,mu+DIM);
 480     }
 481
 482   if (fr->ePBC != epbcNONE) {
 483     /* Compute shift vectors every step,
 484      * because of pressure coupling or box deformation!
 485      */
 486     if ((flags & GMX_FORCE_DYNAMICBOX) && bStateChanged)
 487       calc_shifts(box,fr->shift_vec);
 488
 489     if (bCalcCGCM) {
 490       put_charge_groups_in_box(fplog,cg0,cg1,fr->ePBC,box,
 491                                &(top->cgs),x,fr->cg_cm);
 492       inc_nrnb(nrnb,eNR_CGCM,homenr);
 493       inc_nrnb(nrnb,eNR_RESETX,cg1-cg0);
 494     }
 495     else if (EI_ENERGY_MINIMIZATION(inputrec->eI) && graph) {
 496       unshift_self(graph,box,x);
 497     }
 498   }
 499   else if (bCalcCGCM) {
 500     calc_cgcm(fplog,cg0,cg1,&(top->cgs),x,fr->cg_cm);
 501     inc_nrnb(nrnb,eNR_CGCM,homenr);
 502   }
 503
 504   if (bCalcCGCM) {
 505     if (PAR(cr)) {
 506       move_cgcm(fplog,cr,fr->cg_cm);
 507     }
 508     if (gmx_debug_at)
 509       pr_rvecs(debug,0,"cgcm",fr->cg_cm,top->cgs.nr);
 510   }
 511
 512 #ifdef GMX_MPI
 513   if (!(cr->duty & DUTY_PME)) {
 514     /* Send particle coordinates to the pme nodes.
 515      * Since this is only implemented for domain decomposition
 516      * and domain decomposition does not use the graph,
 517      * we do not need to worry about shifting.
 518      */
 519
 520     wallcycle_start(wcycle,ewcPP_PMESENDX);
 521
 522     bBS = (inputrec->nwall == 2);
 523     if (bBS) {
 524       copy_mat(box,boxs);
 525       svmul(inputrec->wall_ewald_zfac,boxs[ZZ],boxs[ZZ]);
 526     }
 527
 528     gmx_pme_send_x(cr,bBS ? boxs : box,x,
 529                    mdatoms->nChargePerturbed,lambda,
 530                    ( flags & GMX_FORCE_VIRIAL),step);
 531
 532     wallcycle_stop(wcycle,ewcPP_PMESENDX);
 533   }
 534 #endif /* GMX_MPI */
 535
 536     /* Communicate coordinates and sum dipole if necessary */
 537     if (PAR(cr))
 538     {
 539         wallcycle_start(wcycle,ewcMOVEX);
 540         if (DOMAINDECOMP(cr))
 541         {
 542             dd_move_x(cr->dd,box,x);
 543         }
 544         else
 545         {
 546             move_x(fplog,cr,GMX_LEFT,GMX_RIGHT,x,nrnb);
 547         }
 548         /* When we don't need the total dipole we sum it in global_stat */
 549         if (bStateChanged && NEED_MUTOT(*inputrec))
 550         {
 551             gmx_sumd(2*DIM,mu,cr);
 552         }
 553         wallcycle_stop(wcycle,ewcMOVEX);
 554     }
 555     if (bStateChanged)
 556     {
 557         for(i=0; i<2; i++)
 558         {
 559             for(j=0;j<DIM;j++)
 560             {
 561                 fr->mu_tot[i][j] = mu[i*DIM + j];
 562             }
 563         }
 564     }
 565     if (fr->efep == efepNO)
 566     {
 567         copy_rvec(fr->mu_tot[0],mu_tot);
 568     }
 569     else
 570     {
 571         for(j=0; j<DIM; j++)
 572         {
 573             mu_tot[j] =
 574                 (1.0 - lambda)*fr->mu_tot[0][j] + lambda*fr->mu_tot[1][j];
 575         }
 576     }
 577
 578     /* Reset energies */
 579     reset_enerdata(&(inputrec->opts),fr,bNS,enerd,MASTER(cr));
 580     clear_rvecs(SHIFTS,fr->fshift);
 581
 582     if (bNS)
 583     {
 584         wallcycle_start(wcycle,ewcNS);
 585
 586         if (graph && bStateChanged)
 587         {
 588             /* Calculate intramolecular shift vectors to make molecules whole */
 589             mk_mshift(fplog,graph,fr->ePBC,box,x);
 590         }
 591
 592         /* Reset long range forces if necessary */
 593         if (fr->bTwinRange)
 594         {
 595             /* Reset the (long-range) forces if necessary */
 596             clear_rvecs(fr->natoms_force_constr,bSepLRF ? fr->f_twin : f);
 597         }
 598
 599         /* Do the actual neighbour searching and if twin range electrostatics
 600          * also do the calculation of long range forces and energies.
 601          */
 602         dvdl = 0;
 603         ns(fplog,fr,x,box,
 604            groups,&(inputrec->opts),top,mdatoms,
 605            cr,nrnb,lambda,&dvdl,&enerd->grpp,bFillGrid,
 606            bDoLongRange,bDoForces,bSepLRF ? fr->f_twin : f);
 607         if (bSepDVDL)
 608         {
 609             fprintf(fplog,sepdvdlformat,"LR non-bonded",0.0,dvdl);
 610         }
 611         enerd->dvdl_lin += dvdl;
 612
 613         wallcycle_stop(wcycle,ewcNS);
 614     }
 615
 616     if (inputrec->implicit_solvent && bNS)
 617     {
 618         make_gb_nblist(cr,inputrec->gb_algorithm,inputrec->rlist,
 619                        x,box,fr,&top->idef,graph,fr->born);
 620     }
 621
 622     if (DOMAINDECOMP(cr))
 623     {
 624         if (!(cr->duty & DUTY_PME))
 625         {
 626             wallcycle_start(wcycle,ewcPPDURINGPME);
 627             dd_force_flop_start(cr->dd,nrnb);
 628         }
 629     }
 630
 631     if (inputrec->bRot)
 632     {
 633         /* Enforced rotation has its own cycle counter that starts after the collective
 634          * coordinates have been communicated. It is added to ddCyclF */
 635         do_rotation(cr,inputrec,box,x,t,step,wcycle,bNS);
 636     }
 637
 638     /* Start the force cycle counter.
 639      * This counter is stopped in do_forcelow_level.
 640      * No parallel communication should occur while this counter is running,
 641      * since that will interfere with the dynamic load balancing.
 642      */
 643     wallcycle_start(wcycle,ewcFORCE);
 644
 645     if (bDoForces)
 646     {
 647         /* Reset forces for which the virial is calculated separately:
 648          * PME/Ewald forces if necessary */
 649         if (fr->bF_NoVirSum)
 650         {
 651             if (flags & GMX_FORCE_VIRIAL)
 652             {
 653                 fr->f_novirsum = fr->f_novirsum_alloc;
 654                 if (fr->bDomDec)
 655                 {
 656                     clear_rvecs(fr->f_novirsum_n,fr->f_novirsum);
 657                 }
 658                 else
 659                 {
 660                     clear_rvecs(homenr,fr->f_novirsum+start);
 661                 }
 662             }
 663             else
 664             {
 665                 /* We are not calculating the pressure so we do not need
 666                  * a separate array for forces that do not contribute
 667                  * to the pressure.
 668                  */
 669                 fr->f_novirsum = f;
 670             }
 671         }
 672
 673         if (bSepLRF)
 674         {
 675             /* Add the long range forces to the short range forces */
 676             for(i=0; i<fr->natoms_force_constr; i++)
 677             {
 678                 copy_rvec(fr->f_twin[i],f[i]);
 679             }
 680         }
 681         else if (!(fr->bTwinRange && bNS))
 682         {
 683             /* Clear the short-range forces */
 684             clear_rvecs(fr->natoms_force_constr,f);
 685         }
 686
 687         clear_rvec(fr->vir_diag_posres);
 688     }
 689     if (inputrec->ePull == epullCONSTRAINT)
 690     {
 691         clear_pull_forces(inputrec->pull);
 692     }
 693
 694     /* update QMMMrec, if necessary */
 695     if(fr->bQMMM)
 696     {
 697         update_QMMMrec(cr,fr,x,mdatoms,box,top);
 698     }
 699
 700     if ((flags & GMX_FORCE_BONDED) && top->idef.il[F_POSRES].nr > 0)
 701     {
 702         /* Position restraints always require full pbc */
 703         set_pbc(&pbc,inputrec->ePBC,box);
 704         v = posres(top->idef.il[F_POSRES].nr,top->idef.il[F_POSRES].iatoms,
 705                    top->idef.iparams_posres,
 706                    (const rvec*)x,fr->f_novirsum,fr->vir_diag_posres,
 707                    inputrec->ePBC==epbcNONE ? NULL : &pbc,lambda,&dvdl,
 708                    fr->rc_scaling,fr->ePBC,fr->posres_com,fr->posres_comB);
 709         if (bSepDVDL)
 710         {
 711             fprintf(fplog,sepdvdlformat,
 712                     interaction_function[F_POSRES].longname,v,dvdl);
 713         }
 714         enerd->term[F_POSRES] += v;
 715         /* This linear lambda dependence assumption is only correct
 716          * when only k depends on lambda,
 717          * not when the reference position depends on lambda.
 718          * grompp checks for this.
 719          */
 720         enerd->dvdl_lin += dvdl;
 721         inc_nrnb(nrnb,eNR_POSRES,top->idef.il[F_POSRES].nr/2);
 722     }
 723
 724     /* Compute the bonded and non-bonded energies and optionally forces */
 725     do_force_lowlevel(fplog,step,fr,inputrec,&(top->idef),
 726                       cr,nrnb,wcycle,mdatoms,&(inputrec->opts),
 727                       x,hist,f,enerd,fcd,mtop,top,fr->born,
 728                       &(top->atomtypes),bBornRadii,box,
 729                       lambda,graph,&(top->excls),fr->mu_tot,
 730                       flags,&cycles_pme);
 731
 732     cycles_force = wallcycle_stop(wcycle,ewcFORCE);
 733
 734     if (ed)
 735     {
 736         do_flood(fplog,cr,x,f,ed,box,step);
 737     }
 738
 739     if (DOMAINDECOMP(cr))
 740     {
 741         dd_force_flop_stop(cr->dd,nrnb);
 742         if (wcycle)
 743         {
 744             dd_cycles_add(cr->dd,cycles_force-cycles_pme,ddCyclF);
 745         }
 746     }
 747
 748     if (bDoForces)
 749     {
 750         if (IR_ELEC_FIELD(*inputrec))
 751         {
 752             /* Compute forces due to electric field */
 753             calc_f_el(MASTER(cr) ? field : NULL,
 754                       start,homenr,mdatoms->chargeA,x,fr->f_novirsum,
 755                       inputrec->ex,inputrec->et,t);
 756         }
 757
 758         /* Communicate the forces */
 759         if (PAR(cr))
 760         {
 761             wallcycle_start(wcycle,ewcMOVEF);
 762             if (DOMAINDECOMP(cr))
 763             {
 764                 dd_move_f(cr->dd,f,fr->fshift);
 765                 /* Do we need to communicate the separate force array
 766                  * for terms that do not contribute to the single sum virial?
 767                  * Position restraints and electric fields do not introduce
 768                  * inter-cg forces, only full electrostatics methods do.
 769                  * When we do not calculate the virial, fr->f_novirsum = f,
 770                  * so we have already communicated these forces.
 771                  */
 772                 if (EEL_FULL(fr->eeltype) && cr->dd->n_intercg_excl &&
 773                     (flags & GMX_FORCE_VIRIAL))
 774                 {
 775                     dd_move_f(cr->dd,fr->f_novirsum,NULL);
 776                 }
 777                 if (bSepLRF)
 778                 {
 779                     /* We should not update the shift forces here,
 780                      * since f_twin is already included in f.
 781                      */
 782                     dd_move_f(cr->dd,fr->f_twin,NULL);
 783                 }
 784             }
 785             else
 786             {
 787                 pd_move_f(cr,f,nrnb);
 788                 if (bSepLRF)
 789                 {
 790                     pd_move_f(cr,fr->f_twin,nrnb);
 791                 }
 792             }
 793             wallcycle_stop(wcycle,ewcMOVEF);
 794         }
 795
 796         /* If we have NoVirSum forces, but we do not calculate the virial,
 797          * we sum fr->f_novirum=f later.
 798          */
 799         if (vsite && !(fr->bF_NoVirSum && !(flags & GMX_FORCE_VIRIAL)))
 800         {
 801             wallcycle_start(wcycle,ewcVSITESPREAD);
 802             spread_vsite_f(fplog,vsite,x,f,fr->fshift,nrnb,
 803                            &top->idef,fr->ePBC,fr->bMolPBC,graph,box,cr);
 804             wallcycle_stop(wcycle,ewcVSITESPREAD);
 805
 806             if (bSepLRF)
 807             {
 808                 wallcycle_start(wcycle,ewcVSITESPREAD);
 809                 spread_vsite_f(fplog,vsite,x,fr->f_twin,NULL,
 810                                nrnb,
 811                                &top->idef,fr->ePBC,fr->bMolPBC,graph,box,cr);
 812                 wallcycle_stop(wcycle,ewcVSITESPREAD);
 813             }
 814         }
 815
 816         if (flags & GMX_FORCE_VIRIAL)
 817         {
 818             /* Calculation of the virial must be done after vsites! */
 819             calc_virial(fplog,mdatoms->start,mdatoms->homenr,x,f,
 820                         vir_force,graph,box,nrnb,fr,inputrec->ePBC);
 821         }
 822     }
 823
 824     if (inputrec->ePull == epullUMBRELLA || inputrec->ePull == epullCONST_F)
 825     {
 826         /* Calculate the center of mass forces, this requires communication,
 827          * which is why pull_potential is called close to other communication.
 828          * The virial contribution is calculated directly,
 829          * which is why we call pull_potential after calc_virial.
 830          */
 831         set_pbc(&pbc,inputrec->ePBC,box);
 832         dvdl = 0;
 833         enerd->term[F_COM_PULL] =
 834             pull_potential(inputrec->ePull,inputrec->pull,mdatoms,&pbc,
 835                            cr,t,lambda,x,f,vir_force,&dvdl);
 836         if (bSepDVDL)
 837         {
 838             fprintf(fplog,sepdvdlformat,"Com pull",enerd->term[F_COM_PULL],dvdl);
 839         }
 840         enerd->dvdl_lin += dvdl;
 841     }
 842     else
 843         enerd->term[F_COM_PULL] = 0.0;
 844
 845     /* Add the forces from enforced rotation potentials (if any) */
 846     if (inputrec->bRot)
 847         enerd->term[F_COM_PULL] += add_rot_forces(inputrec->rot, f, cr, step, t);
 848
 849
 850     if (PAR(cr) && !(cr->duty & DUTY_PME))
 851     {
 852         cycles_ppdpme = wallcycle_stop(wcycle,ewcPPDURINGPME);
 853         dd_cycles_add(cr->dd,cycles_ppdpme,ddCyclPPduringPME);
 854
 855         /* In case of node-splitting, the PP nodes receive the long-range
 856          * forces, virial and energy from the PME nodes here.
 857          */
 858         wallcycle_start(wcycle,ewcPP_PMEWAITRECVF);
 859         dvdl = 0;
 860         gmx_pme_receive_f(cr,fr->f_novirsum,fr->vir_el_recip,&e,&dvdl,
 861                           &cycles_seppme);
 862         if (bSepDVDL)
 863         {
 864             fprintf(fplog,sepdvdlformat,"PME mesh",e,dvdl);
 865         }
 866         enerd->term[F_COUL_RECIP] += e;
 867         enerd->dvdl_lin += dvdl;
 868         if (wcycle)
 869         {
 870             dd_cycles_add(cr->dd,cycles_seppme,ddCyclPME);
 871         }
 872         wallcycle_stop(wcycle,ewcPP_PMEWAITRECVF);
 873     }
 874
 875     if (bDoForces && fr->bF_NoVirSum)
 876     {
 877         if (vsite)
 878         {
 879             /* Spread the mesh force on virtual sites to the other particles...
 880              * This is parallellized. MPI communication is performed
 881              * if the constructing atoms aren't local.
 882              */
 883             wallcycle_start(wcycle,ewcVSITESPREAD);
 884             spread_vsite_f(fplog,vsite,x,fr->f_novirsum,NULL,nrnb,
 885                            &top->idef,fr->ePBC,fr->bMolPBC,graph,box,cr);
 886             wallcycle_stop(wcycle,ewcVSITESPREAD);
 887         }
 888         if (flags & GMX_FORCE_VIRIAL)
 889         {
 890             /* Now add the forces, this is local */
 891             if (fr->bDomDec)
 892             {
 893                 sum_forces(0,fr->f_novirsum_n,f,fr->f_novirsum);
 894             }
 895             else
 896             {
 897                 sum_forces(start,start+homenr,f,fr->f_novirsum);
 898             }
 899             if (EEL_FULL(fr->eeltype))
 900             {
 901                 /* Add the mesh contribution to the virial */
 902                 m_add(vir_force,fr->vir_el_recip,vir_force);
 903             }
 904             if (debug)
 905             {
 906                 pr_rvecs(debug,0,"vir_force",vir_force,DIM);
 907             }
 908         }
 909     }
 910
 911     /* Sum the potential energy terms from group contributions */
 912     sum_epot(&(inputrec->opts),enerd);
 913
 914     if (fr->print_force >= 0 && bDoForces)
 915     {
 916         print_large_forces(stderr,mdatoms,cr,step,fr->print_force,x,f);
 917     }
 918 }
 919
 920 void do_constrain_first(FILE *fplog,gmx_constr_t constr,
 921                         t_inputrec *ir,t_mdatoms *md,
 922                         t_state *state,rvec *f,
 923                         t_graph *graph,t_commrec *cr,t_nrnb *nrnb,
 924                         t_forcerec *fr, gmx_localtop_t *top, tensor shake_vir)
 925 {
 926     int    i,m,start,end;
 927     gmx_large_int_t step;
 928     double mass,tmass,vcm[4];
 929     real   dt=ir->delta_t;
 930     real   dvdlambda;
 931     rvec   *savex;
 932
 933     snew(savex,state->natoms);
 934
 935     start = md->start;
 936     end   = md->homenr + start;
 937
 938     if (debug)
 939         fprintf(debug,"vcm: start=%d, homenr=%d, end=%d\n",
 940                 start,md->homenr,end);
 941     /* Do a first constrain to reset particles... */
 942     step = ir->init_step;
 943     if (fplog)
 944     {
 945         char buf[STEPSTRSIZE];
 946         fprintf(fplog,"\nConstraining the starting coordinates (step %s)\n",
 947                 gmx_step_str(step,buf));
 948     }
 949     dvdlambda = 0;
 950
 951     /* constrain the current position */
 952     constrain(NULL,TRUE,FALSE,constr,&(top->idef),
 953               ir,NULL,cr,step,0,md,
 954               state->x,state->x,NULL,
 955               state->box,state->lambda,&dvdlambda,
 956               NULL,NULL,nrnb,econqCoord,ir->epc==epcMTTK,state->veta,state->veta);
 957     if (EI_VV(ir->eI))
 958     {
 959         /* constrain the inital velocity, and save it */
 960         /* also may be useful if we need the ekin from the halfstep for velocity verlet */
 961         /* might not yet treat veta correctly */
 962         constrain(NULL,TRUE,FALSE,constr,&(top->idef),
 963                   ir,NULL,cr,step,0,md,
 964                   state->x,state->v,state->v,
 965                   state->box,state->lambda,&dvdlambda,
 966                   NULL,NULL,nrnb,econqVeloc,ir->epc==epcMTTK,state->veta,state->veta);
 967     }
 968     /* constrain the inital velocities at t-dt/2 */
 969     if (EI_STATE_VELOCITY(ir->eI) && ir->eI!=eiVV)
 970     {
 971         for(i=start; (i<end); i++)
 972         {
 973             for(m=0; (m<DIM); m++)
 974             {
 975                 /* Reverse the velocity */
 976                 state->v[i][m] = -state->v[i][m];
 977                 /* Store the position at t-dt in buf */
 978                 savex[i][m] = state->x[i][m] + dt*state->v[i][m];
 979             }
 980         }
 981     /* Shake the positions at t=-dt with the positions at t=0
 982      * as reference coordinates.
 983          */
 984         if (fplog)
 985         {
 986             char buf[STEPSTRSIZE];
 987             fprintf(fplog,"\nConstraining the coordinates at t0-dt (step %s)\n",
 988                     gmx_step_str(step,buf));
 989         }
 990         dvdlambda = 0;
 991         constrain(NULL,TRUE,FALSE,constr,&(top->idef),
 992                   ir,NULL,cr,step,-1,md,
 993                   state->x,savex,NULL,
 994                   state->box,state->lambda,&dvdlambda,
 995                   state->v,NULL,nrnb,econqCoord,ir->epc==epcMTTK,state->veta,state->veta);
 996
 997         for(i=start; i<end; i++) {
 998             for(m=0; m<DIM; m++) {
 999                 /* Re-reverse the velocities */
1000                 state->v[i][m] = -state->v[i][m];
1001             }
1002         }
1003     }
1004
1005     for(m=0; (m<4); m++)
1006         vcm[m] = 0;
1007     for(i=start; i<end; i++) {
1008         mass = md->massT[i];
1009         for(m=0; m<DIM; m++) {
1010             vcm[m] += state->v[i][m]*mass;
1011         }
1012         vcm[3] += mass;
1013     }
1014
1015     if (ir->nstcomm != 0 || debug) {
1016         /* Compute the global sum of vcm */
1017         if (debug)
1018             fprintf(debug,"vcm: %8.3f  %8.3f  %8.3f,"
1019                     " total mass = %12.5e\n",vcm[XX],vcm[YY],vcm[ZZ],vcm[3]);
1020         if (PAR(cr))
1021             gmx_sumd(4,vcm,cr);
1022         tmass = vcm[3];
1023         for(m=0; (m<DIM); m++)
1024             vcm[m] /= tmass;
1025         if (debug)
1026             fprintf(debug,"vcm: %8.3f  %8.3f  %8.3f,"
1027                     " total mass = %12.5e\n",vcm[XX],vcm[YY],vcm[ZZ],tmass);
1028         if (ir->nstcomm != 0) {
1029             /* Now we have the velocity of center of mass, let's remove it */
1030             for(i=start; (i<end); i++) {
1031                 for(m=0; (m<DIM); m++)
1032                     state->v[i][m] -= vcm[m];
1033             }
1034
1035         }
1036     }
1037     sfree(savex);
1038 }
1039
1040 void calc_enervirdiff(FILE *fplog,int eDispCorr,t_forcerec *fr)
1041 {
1042   double eners[2],virs[2],enersum,virsum,y0,f,g,h;
1043   double r0,r1,r,rc3,rc9,ea,eb,ec,pa,pb,pc,pd;
1044   double invscale,invscale2,invscale3;
1045   int    ri0,ri1,ri,i,offstart,offset;
1046   real   scale,*vdwtab;
1047
1048   fr->enershiftsix = 0;
1049   fr->enershifttwelve = 0;
1050   fr->enerdiffsix = 0;
1051   fr->enerdifftwelve = 0;
1052   fr->virdiffsix = 0;
1053   fr->virdifftwelve = 0;
1054
1055   if (eDispCorr != edispcNO) {
1056     for(i=0; i<2; i++) {
1057       eners[i] = 0;
1058       virs[i]  = 0;
1059     }
1060     if ((fr->vdwtype == evdwSWITCH) || (fr->vdwtype == evdwSHIFT)) {
1061       if (fr->rvdw_switch == 0)
1062         gmx_fatal(FARGS,
1063                   "With dispersion correction rvdw-switch can not be zero "
1064                   "for vdw-type = %s",evdw_names[fr->vdwtype]);
1065
1066       scale  = fr->nblists[0].tab.scale;
1067       vdwtab = fr->nblists[0].vdwtab;
1068
1069       /* Round the cut-offs to exact table values for precision */
1070       ri0 = floor(fr->rvdw_switch*scale);
1071       ri1 = ceil(fr->rvdw*scale);
1072       r0  = ri0/scale;
1073       r1  = ri1/scale;
1074       rc3 = r0*r0*r0;
1075       rc9  = rc3*rc3*rc3;
1076
1077       if (fr->vdwtype == evdwSHIFT) {
1078         /* Determine the constant energy shift below rvdw_switch */
1079         fr->enershiftsix    = (real)(-1.0/(rc3*rc3)) - vdwtab[8*ri0];
1080         fr->enershifttwelve = (real)( 1.0/(rc9*rc3)) - vdwtab[8*ri0 + 4];
1081       }
1082       /* Add the constant part from 0 to rvdw_switch.
1083        * This integration from 0 to rvdw_switch overcounts the number
1084        * of interactions by 1, as it also counts the self interaction.
1085        * We will correct for this later.
1086        */
1087       eners[0] += 4.0*M_PI*fr->enershiftsix*rc3/3.0;
1088       eners[1] += 4.0*M_PI*fr->enershifttwelve*rc3/3.0;
1089
1090       invscale = 1.0/(scale);
1091       invscale2 = invscale*invscale;
1092       invscale3 = invscale*invscale2;
1093
1094       /* following summation derived from cubic spline definition,
1095         Numerical Recipies in C, second edition, p. 113-116.  Exact
1096         for the cubic spline.  We first calculate the negative of
1097         the energy from rvdw to rvdw_switch, assuming that g(r)=1,
1098         and then add the more standard, abrupt cutoff correction to
1099         that result, yielding the long-range correction for a
1100         switched function.  We perform both the pressure and energy
1101         loops at the same time for simplicity, as the computational
1102         cost is low. */
1103
1104       for (i=0;i<2;i++) {
1105         enersum = 0.0; virsum = 0.0;
1106         if (i==0)
1107           offstart = 0;
1108         else
1109           offstart = 4;
1110         for (ri=ri0; ri<ri1; ri++) {
1111           r = ri*invscale;
1112           ea = invscale3;
1113           eb = 2.0*invscale2*r;
1114           ec = invscale*r*r;
1115
1116           pa = invscale3;
1117           pb = 3.0*invscale2*r;
1118           pc = 3.0*invscale*r*r;
1119           pd = r*r*r;
1120
1121           /* this "8" is from the packing in the vdwtab array - perhaps
1122             should be #define'ed? */
1123           offset = 8*ri + offstart;
1124           y0 = vdwtab[offset];
1125           f = vdwtab[offset+1];
1126           g = vdwtab[offset+2];
1127           h = vdwtab[offset+3];
1128
1129           enersum += y0*(ea/3 + eb/2 + ec) + f*(ea/4 + eb/3 + ec/2)+
1130             g*(ea/5 + eb/4 + ec/3) + h*(ea/6 + eb/5 + ec/4);
1131           virsum  +=  f*(pa/4 + pb/3 + pc/2 + pd) +
1132             2*g*(pa/5 + pb/4 + pc/3 + pd/2) + 3*h*(pa/6 + pb/5 + pc/4 + pd/3);
1133
1134         }
1135         enersum *= 4.0*M_PI;
1136         virsum  *= 4.0*M_PI;
1137         eners[i] -= enersum;
1138         virs[i]  -= virsum;
1139       }
1140
1141       /* now add the correction for rvdw_switch to infinity */
1142       eners[0] += -4.0*M_PI/(3.0*rc3);
1143       eners[1] +=  4.0*M_PI/(9.0*rc9);
1144       virs[0]  +=  8.0*M_PI/rc3;
1145       virs[1]  += -16.0*M_PI/(3.0*rc9);
1146     }
1147     else if ((fr->vdwtype == evdwCUT) || (fr->vdwtype == evdwUSER)) {
1148       if (fr->vdwtype == evdwUSER && fplog)
1149         fprintf(fplog,
1150                 "WARNING: using dispersion correction with user tables\n");
1151       rc3  = fr->rvdw*fr->rvdw*fr->rvdw;
1152       rc9  = rc3*rc3*rc3;
1153       eners[0] += -4.0*M_PI/(3.0*rc3);
1154       eners[1] +=  4.0*M_PI/(9.0*rc9);
1155       virs[0]  +=  8.0*M_PI/rc3;
1156       virs[1]  += -16.0*M_PI/(3.0*rc9);
1157     } else {
1158       gmx_fatal(FARGS,
1159                 "Dispersion correction is not implemented for vdw-type = %s",
1160                 evdw_names[fr->vdwtype]);
1161     }
1162     fr->enerdiffsix    = eners[0];
1163     fr->enerdifftwelve = eners[1];
1164     /* The 0.5 is due to the Gromacs definition of the virial */
1165     fr->virdiffsix     = 0.5*virs[0];
1166     fr->virdifftwelve  = 0.5*virs[1];
1167   }
1168 }
1169
1170 void calc_dispcorr(FILE *fplog,t_inputrec *ir,t_forcerec *fr,
1171                    gmx_large_int_t step,int natoms,
1172                    matrix box,real lambda,tensor pres,tensor virial,
1173                    real *prescorr, real *enercorr, real *dvdlcorr)
1174 {
1175     gmx_bool bCorrAll,bCorrPres;
1176     real dvdlambda,invvol,dens,ninter,avcsix,avctwelve,enerdiff,svir=0,spres=0;
1177     int  m;
1178
1179     *prescorr = 0;
1180     *enercorr = 0;
1181     *dvdlcorr = 0;
1182
1183     clear_mat(virial);
1184     clear_mat(pres);
1185
1186     if (ir->eDispCorr != edispcNO) {
1187         bCorrAll  = (ir->eDispCorr == edispcAllEner ||
1188                      ir->eDispCorr == edispcAllEnerPres);
1189         bCorrPres = (ir->eDispCorr == edispcEnerPres ||
1190                      ir->eDispCorr == edispcAllEnerPres);
1191
1192         invvol = 1/det(box);
1193         if (fr->n_tpi)
1194         {
1195             /* Only correct for the interactions with the inserted molecule */
1196             dens = (natoms - fr->n_tpi)*invvol;
1197             ninter = fr->n_tpi;
1198         }
1199         else
1200         {
1201             dens = natoms*invvol;
1202             ninter = 0.5*natoms;
1203         }
1204
1205         if (ir->efep == efepNO)
1206         {
1207             avcsix    = fr->avcsix[0];
1208             avctwelve = fr->avctwelve[0];
1209         }
1210         else
1211         {
1212             avcsix    = (1 - lambda)*fr->avcsix[0]    + lambda*fr->avcsix[1];
1213             avctwelve = (1 - lambda)*fr->avctwelve[0] + lambda*fr->avctwelve[1];
1214         }
1215
1216         enerdiff = ninter*(dens*fr->enerdiffsix - fr->enershiftsix);
1217         *enercorr += avcsix*enerdiff;
1218         dvdlambda = 0.0;
1219         if (ir->efep != efepNO)
1220         {
1221             dvdlambda += (fr->avcsix[1] - fr->avcsix[0])*enerdiff;
1222         }
1223         if (bCorrAll)
1224         {
1225             enerdiff = ninter*(dens*fr->enerdifftwelve - fr->enershifttwelve);
1226             *enercorr += avctwelve*enerdiff;
1227             if (fr->efep != efepNO)
1228             {
1229                 dvdlambda += (fr->avctwelve[1] - fr->avctwelve[0])*enerdiff;
1230             }
1231         }
1232
1233         if (bCorrPres)
1234         {
1235             svir = ninter*dens*avcsix*fr->virdiffsix/3.0;
1236             if (ir->eDispCorr == edispcAllEnerPres)
1237             {
1238                 svir += ninter*dens*avctwelve*fr->virdifftwelve/3.0;
1239             }
1240             /* The factor 2 is because of the Gromacs virial definition */
1241             spres = -2.0*invvol*svir*PRESFAC;
1242
1243             for(m=0; m<DIM; m++) {
1244                 virial[m][m] += svir;
1245                 pres[m][m] += spres;
1246             }
1247             *prescorr += spres;
1248         }
1249
1250         /* Can't currently control when it prints, for now, just print when degugging */
1251         if (debug)
1252         {
1253             if (bCorrAll) {
1254                 fprintf(debug,"Long Range LJ corr.: <C6> %10.4e, <C12> %10.4e\n",
1255                         avcsix,avctwelve);
1256             }
1257             if (bCorrPres)
1258             {
1259                 fprintf(debug,
1260                         "Long Range LJ corr.: Epot %10g, Pres: %10g, Vir: %10g\n",
1261                         *enercorr,spres,svir);
1262             }
1263             else
1264             {
1265                 fprintf(debug,"Long Range LJ corr.: Epot %10g\n",*enercorr);
1266             }
1267         }
1268
1269         if (fr->bSepDVDL && do_per_step(step,ir->nstlog))
1270         {
1271             fprintf(fplog,sepdvdlformat,"Dispersion correction",
1272                     *enercorr,dvdlambda);
1273         }
1274         if (fr->efep != efepNO)
1275         {
1276             *dvdlcorr += dvdlambda;
1277         }
1278     }
1279 }
1280
1281 void do_pbc_first(FILE *fplog,matrix box,t_forcerec *fr,
1282                   t_graph *graph,rvec x[])
1283 {
1284   if (fplog)
1285     fprintf(fplog,"Removing pbc first time\n");
1286   calc_shifts(box,fr->shift_vec);
1287   if (graph) {
1288     mk_mshift(fplog,graph,fr->ePBC,box,x);
1289     if (gmx_debug_at)
1290       p_graph(debug,"do_pbc_first 1",graph);
1291     shift_self(graph,box,x);
1292     /* By doing an extra mk_mshift the molecules that are broken
1293      * because they were e.g. imported from another software
1294      * will be made whole again. Such are the healing powers
1295      * of GROMACS.
1296      */
1297     mk_mshift(fplog,graph,fr->ePBC,box,x);
1298     if (gmx_debug_at)
1299       p_graph(debug,"do_pbc_first 2",graph);
1300   }
1301   if (fplog)
1302     fprintf(fplog,"Done rmpbc\n");
1303 }
1304
1305 static void low_do_pbc_mtop(FILE *fplog,int ePBC,matrix box,
1306                             gmx_mtop_t *mtop,rvec x[],
1307                             gmx_bool bFirst)
1308 {
1309   t_graph *graph;
1310   int mb,as,mol;
1311   gmx_molblock_t *molb;
1312
1313   if (bFirst && fplog)
1314     fprintf(fplog,"Removing pbc first time\n");
1315
1316   snew(graph,1);
1317   as = 0;
1318   for(mb=0; mb<mtop->nmolblock; mb++) {
1319     molb = &mtop->molblock[mb];
1320     if (molb->natoms_mol == 1 ||
1321         (!bFirst && mtop->moltype[molb->type].cgs.nr == 1)) {
1322       /* Just one atom or charge group in the molecule, no PBC required */
1323       as += molb->nmol*molb->natoms_mol;
1324     } else {
1325       /* Pass NULL iso fplog to avoid graph prints for each molecule type */
1326       mk_graph_ilist(NULL,mtop->moltype[molb->type].ilist,
1327                      0,molb->natoms_mol,FALSE,FALSE,graph);
1328
1329       for(mol=0; mol<molb->nmol; mol++) {
1330         mk_mshift(fplog,graph,ePBC,box,x+as);
1331
1332         shift_self(graph,box,x+as);
1333         /* The molecule is whole now.
1334          * We don't need the second mk_mshift call as in do_pbc_first,
1335          * since we no longer need this graph.
1336          */
1337
1338         as += molb->natoms_mol;
1339       }
1340       done_graph(graph);
1341     }
1342   }
1343   sfree(graph);
1344 }
1345
1346 void do_pbc_first_mtop(FILE *fplog,int ePBC,matrix box,
1347                        gmx_mtop_t *mtop,rvec x[])
1348 {
1349   low_do_pbc_mtop(fplog,ePBC,box,mtop,x,TRUE);
1350 }
1351
1352 void do_pbc_mtop(FILE *fplog,int ePBC,matrix box,
1353                  gmx_mtop_t *mtop,rvec x[])
1354 {
1355   low_do_pbc_mtop(fplog,ePBC,box,mtop,x,FALSE);
1356 }
1357
1358 void finish_run(FILE *fplog,t_commrec *cr,const char *confout,
1359                 t_inputrec *inputrec,
1360                 t_nrnb nrnb[],gmx_wallcycle_t wcycle,
1361                 gmx_runtime_t *runtime,
1362                 gmx_bool bWriteStat)
1363 {
1364   int    i,j;
1365   t_nrnb *nrnb_tot=NULL;
1366   real   delta_t;
1367   double nbfs,mflop;
1368   double cycles[ewcNR];
1369
1370   wallcycle_sum(cr,wcycle,cycles);
1371
1372   if (cr->nnodes > 1) {
1373     if (SIMMASTER(cr))
1374       snew(nrnb_tot,1);
1375 #ifdef GMX_MPI
1376     MPI_Reduce(nrnb->n,nrnb_tot->n,eNRNB,MPI_DOUBLE,MPI_SUM,
1377                MASTERRANK(cr),cr->mpi_comm_mysim);
1378 #endif
1379   } else {
1380     nrnb_tot = nrnb;
1381   }
1382
1383   if (SIMMASTER(cr)) {
1384     print_flop(fplog,nrnb_tot,&nbfs,&mflop);
1385     if (cr->nnodes > 1) {
1386       sfree(nrnb_tot);
1387     }
1388   }
1389
1390   if ((cr->duty & DUTY_PP) && DOMAINDECOMP(cr)) {
1391     print_dd_statistics(cr,inputrec,fplog);
1392   }
1393
1394 #ifdef GMX_MPI
1395     if (PARTDECOMP(cr))
1396     {
1397         if (MASTER(cr))
1398         {
1399             t_nrnb     *nrnb_all;
1400             int        s;
1401             MPI_Status stat;
1402
1403             snew(nrnb_all,cr->nnodes);
1404             nrnb_all[0] = *nrnb;
1405             for(s=1; s<cr->nnodes; s++)
1406             {
1407                 MPI_Recv(nrnb_all[s].n,eNRNB,MPI_DOUBLE,s,0,
1408                          cr->mpi_comm_mysim,&stat);
1409             }
1410             pr_load(fplog,cr,nrnb_all);
1411             sfree(nrnb_all);
1412         }
1413         else
1414         {
1415             MPI_Send(nrnb->n,eNRNB,MPI_DOUBLE,MASTERRANK(cr),0,
1416                      cr->mpi_comm_mysim);
1417         }
1418     }
1419 #endif
1420
1421   if (SIMMASTER(cr)) {
1422     wallcycle_print(fplog,cr->nnodes,cr->npmenodes,runtime->realtime,
1423                     wcycle,cycles);
1424
1425     if (EI_DYNAMICS(inputrec->eI)) {
1426       delta_t = inputrec->delta_t;
1427     } else {
1428       delta_t = 0;
1429     }
1430
1431     if (fplog) {
1432         print_perf(fplog,runtime->proctime,runtime->realtime,
1433                    cr->nnodes-cr->npmenodes,
1434                    runtime->nsteps_done,delta_t,nbfs,mflop);
1435     }
1436     if (bWriteStat) {
1437         print_perf(stderr,runtime->proctime,runtime->realtime,
1438                    cr->nnodes-cr->npmenodes,
1439                    runtime->nsteps_done,delta_t,nbfs,mflop);
1440     }
1441
1442     /*
1443     runtime=inputrec->nsteps*inputrec->delta_t;
1444     if (bWriteStat) {
1445       if (cr->nnodes == 1)
1446         fprintf(stderr,"\n\n");
1447       print_perf(stderr,nodetime,realtime,runtime,&ntot,
1448                  cr->nnodes-cr->npmenodes,FALSE);
1449     }
1450     wallcycle_print(fplog,cr->nnodes,cr->npmenodes,realtime,wcycle,cycles);
1451     print_perf(fplog,nodetime,realtime,runtime,&ntot,cr->nnodes-cr->npmenodes,
1452                TRUE);
1453     if (PARTDECOMP(cr))
1454       pr_load(fplog,cr,nrnb_all);
1455     if (cr->nnodes > 1)
1456       sfree(nrnb_all);
1457     */
1458   }
1459 }
1460
1461 void init_md(FILE *fplog,
1462              t_commrec *cr,t_inputrec *ir,const output_env_t oenv,
1463              double *t,double *t0,
1464              real *lambda,double *lam0,
1465              t_nrnb *nrnb,gmx_mtop_t *mtop,
1466              gmx_update_t *upd,
1467              int nfile,const t_filenm fnm[],
1468              gmx_mdoutf_t **outf,t_mdebin **mdebin,
1469              tensor force_vir,tensor shake_vir,rvec mu_tot,
1470              gmx_bool *bSimAnn,t_vcm **vcm, t_state *state, unsigned long Flags)
1471 {
1472     int  i,j,n;
1473     real tmpt,mod;
1474
1475     /* Initial values */
1476     *t = *t0       = ir->init_t;
1477     if (ir->efep != efepNO)
1478     {
1479         *lam0 = ir->init_lambda;
1480         *lambda = *lam0 + ir->init_step*ir->delta_lambda;
1481     }
1482     else
1483     {
1484         *lambda = *lam0   = 0.0;
1485     }
1486
1487     *bSimAnn=FALSE;
1488     for(i=0;i<ir->opts.ngtc;i++)
1489     {
1490         /* set bSimAnn if any group is being annealed */
1491         if(ir->opts.annealing[i]!=eannNO)
1492         {
1493             *bSimAnn = TRUE;
1494         }
1495     }
1496     if (*bSimAnn)
1497     {
1498         update_annealing_target_temp(&(ir->opts),ir->init_t);
1499     }
1500
1501     if (upd)
1502     {
1503         *upd = init_update(fplog,ir);
1504     }
1505
1506     if (vcm != NULL)
1507     {
1508         *vcm = init_vcm(fplog,&mtop->groups,ir);
1509     }
1510
1511     if (EI_DYNAMICS(ir->eI) && !(Flags & MD_APPENDFILES))
1512     {
1513         if (ir->etc == etcBERENDSEN)
1514         {
1515             please_cite(fplog,"Berendsen84a");
1516         }
1517         if (ir->etc == etcVRESCALE)
1518         {
1519             please_cite(fplog,"Bussi2007a");
1520         }
1521     }
1522
1523     init_nrnb(nrnb);
1524
1525     if (nfile != -1)
1526     {
1527         *outf = init_mdoutf(nfile,fnm,Flags,cr,ir,oenv);
1528
1529         *mdebin = init_mdebin((Flags & MD_APPENDFILES) ? NULL : (*outf)->fp_ene,
1530                               mtop,ir, (*outf)->fp_dhdl);
1531     }
1532
1533     /* Initiate variables */
1534     clear_mat(force_vir);
1535     clear_mat(shake_vir);
1536     clear_rvec(mu_tot);
1537
1538     debug_gmx();
1539 }
1540