src/gromacs/mdlib/update.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
  42 #include <stdio.h>
  43 #include <math.h>
  44
  45 #include "types/commrec.h"
  46 #include "sysstuff.h"
  47 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  48 #include "typedefs.h"
  49 #include "nrnb.h"
  50 #include "physics.h"
  51 #include "macros.h"
  52 #include "vec.h"
  53 #include "main.h"
  54 #include "update.h"
  55 #include "gromacs/random/random.h"
  56 #include "mshift.h"
  57 #include "tgroup.h"
  58 #include "force.h"
  59 #include "names.h"
  60 #include "txtdump.h"
  61 #include "mdrun.h"
  62 #include "constr.h"
  63 #include "disre.h"
  64 #include "orires.h"
  65 #include "gmx_omp_nthreads.h"
  66
  67 #include "gromacs/fileio/confio.h"
  68 #include "gromacs/fileio/futil.h"
  69 #include "gromacs/timing/wallcycle.h"
  70 #include "gromacs/utility/gmxomp.h"
  71 #include "gromacs/pulling/pull.h"
  72
  73 /*For debugging, start at v(-dt/2) for velolcity verlet -- uncomment next line */
  74 /*#define STARTFROMDT2*/
  75
  76 typedef struct {
  77     double gdt;
  78     double eph;
  79     double emh;
  80     double em;
  81     double b;
  82     double c;
  83     double d;
  84 } gmx_sd_const_t;
  85
  86 typedef struct {
  87     real V;
  88     real X;
  89     real Yv;
  90     real Yx;
  91 } gmx_sd_sigma_t;
  92
  93 typedef struct {
  94     /* BD stuff */
  95     real           *bd_rf;
  96     /* SD stuff */
  97     gmx_sd_const_t *sdc;
  98     gmx_sd_sigma_t *sdsig;
  99     rvec           *sd_V;
 100     int             sd_V_nalloc;
 101     /* andersen temperature control stuff */
 102     gmx_bool       *randomize_group;
 103     real           *boltzfac;
 104 } gmx_stochd_t;
 105
 106 typedef struct gmx_update
 107 {
 108     gmx_stochd_t *sd;
 109     /* xprime for constraint algorithms */
 110     rvec         *xp;
 111     int           xp_nalloc;
 112
 113     /* Variables for the deform algorithm */
 114     gmx_int64_t     deformref_step;
 115     matrix          deformref_box;
 116 } t_gmx_update;
 117
 118
 119 static void do_update_md(int start, int nrend, double dt,
 120                          t_grp_tcstat *tcstat,
 121                          double nh_vxi[],
 122                          gmx_bool bNEMD, t_grp_acc *gstat, rvec accel[],
 123                          ivec nFreeze[],
 124                          real invmass[],
 125                          unsigned short ptype[], unsigned short cFREEZE[],
 126                          unsigned short cACC[], unsigned short cTC[],
 127                          rvec x[], rvec xprime[], rvec v[],
 128                          rvec f[], matrix M,
 129                          gmx_bool bNH, gmx_bool bPR)
 130 {
 131     double imass, w_dt;
 132     int    gf = 0, ga = 0, gt = 0;
 133     rvec   vrel;
 134     real   vn, vv, va, vb, vnrel;
 135     real   lg, vxi = 0, u;
 136     int    n, d;
 137
 138     if (bNH || bPR)
 139     {
 140         /* Update with coupling to extended ensembles, used for
 141          * Nose-Hoover and Parrinello-Rahman coupling
 142          * Nose-Hoover uses the reversible leap-frog integrator from
 143          * Holian et al. Phys Rev E 52(3) : 2338, 1995
 144          */
 145         for (n = start; n < nrend; n++)
 146         {
 147             imass = invmass[n];
 148             if (cFREEZE)
 149             {
 150                 gf   = cFREEZE[n];
 151             }
 152             if (cACC)
 153             {
 154                 ga   = cACC[n];
 155             }
 156             if (cTC)
 157             {
 158                 gt   = cTC[n];
 159             }
 160             lg   = tcstat[gt].lambda;
 161             if (bNH)
 162             {
 163                 vxi   = nh_vxi[gt];
 164             }
 165             rvec_sub(v[n], gstat[ga].u, vrel);
 166
 167             for (d = 0; d < DIM; d++)
 168             {
 169                 if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell) && !nFreeze[gf][d])
 170                 {
 171                     vnrel = (lg*vrel[d] + dt*(imass*f[n][d] - 0.5*vxi*vrel[d]
 172                                               - iprod(M[d], vrel)))/(1 + 0.5*vxi*dt);
 173                     /* do not scale the mean velocities u */
 174                     vn             = gstat[ga].u[d] + accel[ga][d]*dt + vnrel;
 175                     v[n][d]        = vn;
 176                     xprime[n][d]   = x[n][d]+vn*dt;
 177                 }
 178                 else
 179                 {
 180                     v[n][d]        = 0.0;
 181                     xprime[n][d]   = x[n][d];
 182                 }
 183             }
 184         }
 185     }
 186     else if (cFREEZE != NULL ||
 187              nFreeze[0][XX] || nFreeze[0][YY] || nFreeze[0][ZZ] ||
 188              bNEMD)
 189     {
 190         /* Update with Berendsen/v-rescale coupling and freeze or NEMD */
 191         for (n = start; n < nrend; n++)
 192         {
 193             w_dt = invmass[n]*dt;
 194             if (cFREEZE)
 195             {
 196                 gf   = cFREEZE[n];
 197             }
 198             if (cACC)
 199             {
 200                 ga   = cACC[n];
 201             }
 202             if (cTC)
 203             {
 204                 gt   = cTC[n];
 205             }
 206             lg   = tcstat[gt].lambda;
 207
 208             for (d = 0; d < DIM; d++)
 209             {
 210                 vn             = v[n][d];
 211                 if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell) && !nFreeze[gf][d])
 212                 {
 213                     vv             = lg*vn + f[n][d]*w_dt;
 214
 215                     /* do not scale the mean velocities u */
 216                     u              = gstat[ga].u[d];
 217                     va             = vv + accel[ga][d]*dt;
 218                     vb             = va + (1.0-lg)*u;
 219                     v[n][d]        = vb;
 220                     xprime[n][d]   = x[n][d]+vb*dt;
 221                 }
 222                 else
 223                 {
 224                     v[n][d]        = 0.0;
 225                     xprime[n][d]   = x[n][d];
 226                 }
 227             }
 228         }
 229     }
 230     else
 231     {
 232         /* Plain update with Berendsen/v-rescale coupling */
 233         for (n = start; n < nrend; n++)
 234         {
 235             if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell))
 236             {
 237                 w_dt = invmass[n]*dt;
 238                 if (cTC)
 239                 {
 240                     gt = cTC[n];
 241                 }
 242                 lg = tcstat[gt].lambda;
 243
 244                 for (d = 0; d < DIM; d++)
 245                 {
 246                     vn           = lg*v[n][d] + f[n][d]*w_dt;
 247                     v[n][d]      = vn;
 248                     xprime[n][d] = x[n][d] + vn*dt;
 249                 }
 250             }
 251             else
 252             {
 253                 for (d = 0; d < DIM; d++)
 254                 {
 255                     v[n][d]        = 0.0;
 256                     xprime[n][d]   = x[n][d];
 257                 }
 258             }
 259         }
 260     }
 261 }
 262
 263 static void do_update_vv_vel(int start, int nrend, double dt,
 264                              rvec accel[], ivec nFreeze[], real invmass[],
 265                              unsigned short ptype[], unsigned short cFREEZE[],
 266                              unsigned short cACC[], rvec v[], rvec f[],
 267                              gmx_bool bExtended, real veta, real alpha)
 268 {
 269     double imass, w_dt;
 270     int    gf = 0, ga = 0;
 271     rvec   vrel;
 272     real   u, vn, vv, va, vb, vnrel;
 273     int    n, d;
 274     double g, mv1, mv2;
 275
 276     if (bExtended)
 277     {
 278         g        = 0.25*dt*veta*alpha;
 279         mv1      = exp(-g);
 280         mv2      = series_sinhx(g);
 281     }
 282     else
 283     {
 284         mv1      = 1.0;
 285         mv2      = 1.0;
 286     }
 287     for (n = start; n < nrend; n++)
 288     {
 289         w_dt = invmass[n]*dt;
 290         if (cFREEZE)
 291         {
 292             gf   = cFREEZE[n];
 293         }
 294         if (cACC)
 295         {
 296             ga   = cACC[n];
 297         }
 298
 299         for (d = 0; d < DIM; d++)
 300         {
 301             if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell) && !nFreeze[gf][d])
 302             {
 303                 v[n][d]             = mv1*(mv1*v[n][d] + 0.5*(w_dt*mv2*f[n][d]))+0.5*accel[ga][d]*dt;
 304             }
 305             else
 306             {
 307                 v[n][d]        = 0.0;
 308             }
 309         }
 310     }
 311 } /* do_update_vv_vel */
 312
 313 static void do_update_vv_pos(int start, int nrend, double dt,
 314                              ivec nFreeze[],
 315                              unsigned short ptype[], unsigned short cFREEZE[],
 316                              rvec x[], rvec xprime[], rvec v[],
 317                              gmx_bool bExtended, real veta)
 318 {
 319     double imass, w_dt;
 320     int    gf = 0;
 321     int    n, d;
 322     double g, mr1, mr2;
 323
 324     /* Would it make more sense if Parrinello-Rahman was put here? */
 325     if (bExtended)
 326     {
 327         g        = 0.5*dt*veta;
 328         mr1      = exp(g);
 329         mr2      = series_sinhx(g);
 330     }
 331     else
 332     {
 333         mr1      = 1.0;
 334         mr2      = 1.0;
 335     }
 336
 337     for (n = start; n < nrend; n++)
 338     {
 339
 340         if (cFREEZE)
 341         {
 342             gf   = cFREEZE[n];
 343         }
 344
 345         for (d = 0; d < DIM; d++)
 346         {
 347             if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell) && !nFreeze[gf][d])
 348             {
 349                 xprime[n][d]   = mr1*(mr1*x[n][d]+mr2*dt*v[n][d]);
 350             }
 351             else
 352             {
 353                 xprime[n][d]   = x[n][d];
 354             }
 355         }
 356     }
 357 } /* do_update_vv_pos */
 358
 359 static void do_update_visc(int start, int nrend, double dt,
 360                            t_grp_tcstat *tcstat,
 361                            double nh_vxi[],
 362                            real invmass[],
 363                            unsigned short ptype[], unsigned short cTC[],
 364                            rvec x[], rvec xprime[], rvec v[],
 365                            rvec f[], matrix M, matrix box, real
 366                            cos_accel, real vcos,
 367                            gmx_bool bNH, gmx_bool bPR)
 368 {
 369     double imass, w_dt;
 370     int    gt = 0;
 371     real   vn, vc;
 372     real   lg, vxi = 0, vv;
 373     real   fac, cosz;
 374     rvec   vrel;
 375     int    n, d;
 376
 377     fac = 2*M_PI/(box[ZZ][ZZ]);
 378
 379     if (bNH || bPR)
 380     {
 381         /* Update with coupling to extended ensembles, used for
 382          * Nose-Hoover and Parrinello-Rahman coupling
 383          */
 384         for (n = start; n < nrend; n++)
 385         {
 386             imass = invmass[n];
 387             if (cTC)
 388             {
 389                 gt   = cTC[n];
 390             }
 391             lg   = tcstat[gt].lambda;
 392             cosz = cos(fac*x[n][ZZ]);
 393
 394             copy_rvec(v[n], vrel);
 395
 396             vc            = cosz*vcos;
 397             vrel[XX]     -= vc;
 398             if (bNH)
 399             {
 400                 vxi        = nh_vxi[gt];
 401             }
 402             for (d = 0; d < DIM; d++)
 403             {
 404                 vn             = v[n][d];
 405
 406                 if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell))
 407                 {
 408                     vn  = (lg*vrel[d] + dt*(imass*f[n][d] - 0.5*vxi*vrel[d]
 409                                             - iprod(M[d], vrel)))/(1 + 0.5*vxi*dt);
 410                     if (d == XX)
 411                     {
 412                         vn += vc + dt*cosz*cos_accel;
 413                     }
 414                     v[n][d]        = vn;
 415                     xprime[n][d]   = x[n][d]+vn*dt;
 416                 }
 417                 else
 418                 {
 419                     xprime[n][d]   = x[n][d];
 420                 }
 421             }
 422         }
 423     }
 424     else
 425     {
 426         /* Classic version of update, used with berendsen coupling */
 427         for (n = start; n < nrend; n++)
 428         {
 429             w_dt = invmass[n]*dt;
 430             if (cTC)
 431             {
 432                 gt   = cTC[n];
 433             }
 434             lg   = tcstat[gt].lambda;
 435             cosz = cos(fac*x[n][ZZ]);
 436
 437             for (d = 0; d < DIM; d++)
 438             {
 439                 vn             = v[n][d];
 440
 441                 if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell))
 442                 {
 443                     if (d == XX)
 444                     {
 445                         vc           = cosz*vcos;
 446                         /* Do not scale the cosine velocity profile */
 447                         vv           = vc + lg*(vn - vc + f[n][d]*w_dt);
 448                         /* Add the cosine accelaration profile */
 449                         vv          += dt*cosz*cos_accel;
 450                     }
 451                     else
 452                     {
 453                         vv           = lg*(vn + f[n][d]*w_dt);
 454                     }
 455                     v[n][d]        = vv;
 456                     xprime[n][d]   = x[n][d]+vv*dt;
 457                 }
 458                 else
 459                 {
 460                     v[n][d]        = 0.0;
 461                     xprime[n][d]   = x[n][d];
 462                 }
 463             }
 464         }
 465     }
 466 }
 467
 468 static gmx_stochd_t *init_stochd(t_inputrec *ir)
 469 {
 470     gmx_stochd_t   *sd;
 471     gmx_sd_const_t *sdc;
 472     int             ngtc, n, th;
 473     real            y;
 474
 475     snew(sd, 1);
 476
 477     ngtc = ir->opts.ngtc;
 478
 479     if (ir->eI == eiBD)
 480     {
 481         snew(sd->bd_rf, ngtc);
 482     }
 483     else if (EI_SD(ir->eI))
 484     {
 485         snew(sd->sdc, ngtc);
 486         snew(sd->sdsig, ngtc);
 487
 488         sdc = sd->sdc;
 489         for (n = 0; n < ngtc; n++)
 490         {
 491             if (ir->opts.tau_t[n] > 0)
 492             {
 493                 sdc[n].gdt = ir->delta_t/ir->opts.tau_t[n];
 494                 sdc[n].eph = exp(sdc[n].gdt/2);
 495                 sdc[n].emh = exp(-sdc[n].gdt/2);
 496                 sdc[n].em  = exp(-sdc[n].gdt);
 497             }
 498             else
 499             {
 500                 /* No friction and noise on this group */
 501                 sdc[n].gdt = 0;
 502                 sdc[n].eph = 1;
 503                 sdc[n].emh = 1;
 504                 sdc[n].em  = 1;
 505             }
 506             if (sdc[n].gdt >= 0.05)
 507             {
 508                 sdc[n].b = sdc[n].gdt*(sdc[n].eph*sdc[n].eph - 1)
 509                     - 4*(sdc[n].eph - 1)*(sdc[n].eph - 1);
 510                 sdc[n].c = sdc[n].gdt - 3 + 4*sdc[n].emh - sdc[n].em;
 511                 sdc[n].d = 2 - sdc[n].eph - sdc[n].emh;
 512             }
 513             else
 514             {
 515                 y = sdc[n].gdt/2;
 516                 /* Seventh order expansions for small y */
 517                 sdc[n].b = y*y*y*y*(1/3.0+y*(1/3.0+y*(17/90.0+y*7/9.0)));
 518                 sdc[n].c = y*y*y*(2/3.0+y*(-1/2.0+y*(7/30.0+y*(-1/12.0+y*31/1260.0))));
 519                 sdc[n].d = y*y*(-1+y*y*(-1/12.0-y*y/360.0));
 520             }
 521             if (debug)
 522             {
 523                 fprintf(debug, "SD const tc-grp %d: b %g  c %g  d %g\n",
 524                         n, sdc[n].b, sdc[n].c, sdc[n].d);
 525             }
 526         }
 527     }
 528     else if (ETC_ANDERSEN(ir->etc))
 529     {
 530         int        ngtc;
 531         t_grpopts *opts;
 532         real       reft;
 533
 534         opts = &ir->opts;
 535         ngtc = opts->ngtc;
 536
 537         snew(sd->randomize_group, ngtc);
 538         snew(sd->boltzfac, ngtc);
 539
 540         /* for now, assume that all groups, if randomized, are randomized at the same rate, i.e. tau_t is the same. */
 541         /* since constraint groups don't necessarily match up with temperature groups! This is checked in readir.c */
 542
 543         for (n = 0; n < ngtc; n++)
 544         {
 545             reft = max(0.0, opts->ref_t[n]);
 546             if ((opts->tau_t[n] > 0) && (reft > 0))  /* tau_t or ref_t = 0 means that no randomization is done */
 547             {
 548                 sd->randomize_group[n] = TRUE;
 549                 sd->boltzfac[n]        = BOLTZ*opts->ref_t[n];
 550             }
 551             else
 552             {
 553                 sd->randomize_group[n] = FALSE;
 554             }
 555         }
 556     }
 557     return sd;
 558 }
 559
 560 gmx_update_t init_update(t_inputrec *ir)
 561 {
 562     t_gmx_update *upd;
 563
 564     snew(upd, 1);
 565
 566     if (ir->eI == eiBD || EI_SD(ir->eI) || ir->etc == etcVRESCALE || ETC_ANDERSEN(ir->etc))
 567     {
 568         upd->sd    = init_stochd(ir);
 569     }
 570
 571     upd->xp        = NULL;
 572     upd->xp_nalloc = 0;
 573
 574     return upd;
 575 }
 576
 577 static void do_update_sd1(gmx_stochd_t *sd,
 578                           int start, int nrend, double dt,
 579                           rvec accel[], ivec nFreeze[],
 580                           real invmass[], unsigned short ptype[],
 581                           unsigned short cFREEZE[], unsigned short cACC[],
 582                           unsigned short cTC[],
 583                           rvec x[], rvec xprime[], rvec v[], rvec f[],
 584                           int ngtc, real tau_t[], real ref_t[],
 585                           gmx_int64_t step, int seed, int* gatindex)
 586 {
 587     gmx_sd_const_t *sdc;
 588     gmx_sd_sigma_t *sig;
 589     real            kT;
 590     int             gf = 0, ga = 0, gt = 0;
 591     real            ism, sd_V;
 592     int             n, d;
 593
 594     sdc = sd->sdc;
 595     sig = sd->sdsig;
 596
 597     for (n = 0; n < ngtc; n++)
 598     {
 599         kT = BOLTZ*ref_t[n];
 600         /* The mass is encounted for later, since this differs per atom */
 601         sig[n].V  = sqrt(kT*(1 - sdc[n].em*sdc[n].em));
 602     }
 603
 604     for (n = start; n < nrend; n++)
 605     {
 606         real rnd[3];
 607         int  ng  = gatindex ? gatindex[n] : n;
 608         ism = sqrt(invmass[n]);
 609         if (cFREEZE)
 610         {
 611             gf  = cFREEZE[n];
 612         }
 613         if (cACC)
 614         {
 615             ga  = cACC[n];
 616         }
 617         if (cTC)
 618         {
 619             gt  = cTC[n];
 620         }
 621
 622         gmx_rng_cycle_3gaussian_table(step, ng, seed, RND_SEED_UPDATE, rnd);
 623         for (d = 0; d < DIM; d++)
 624         {
 625             if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell) && !nFreeze[gf][d])
 626             {
 627                 sd_V = ism*sig[gt].V*rnd[d];
 628
 629                 v[n][d] = v[n][d]*sdc[gt].em
 630                     + (invmass[n]*f[n][d] + accel[ga][d])*tau_t[gt]*(1 - sdc[gt].em)
 631                     + sd_V;
 632
 633                 xprime[n][d] = x[n][d] + v[n][d]*dt;
 634             }
 635             else
 636             {
 637                 v[n][d]      = 0.0;
 638                 xprime[n][d] = x[n][d];
 639             }
 640         }
 641     }
 642 }
 643
 644 static void check_sd2_work_data_allocation(gmx_stochd_t *sd, int nrend)
 645 {
 646     if (nrend > sd->sd_V_nalloc)
 647     {
 648         sd->sd_V_nalloc = over_alloc_dd(nrend);
 649         srenew(sd->sd_V, sd->sd_V_nalloc);
 650     }
 651 }
 652
 653 static void do_update_sd2_Tconsts(gmx_stochd_t *sd,
 654                                   int           ngtc,
 655                                   const real    tau_t[],
 656                                   const real    ref_t[])
 657 {
 658     /* This is separated from the update below, because it is single threaded */
 659     gmx_sd_const_t *sdc;
 660     gmx_sd_sigma_t *sig;
 661     int             gt;
 662     real            kT;
 663
 664     sdc = sd->sdc;
 665     sig = sd->sdsig;
 666
 667     for (gt = 0; gt < ngtc; gt++)
 668     {
 669         kT = BOLTZ*ref_t[gt];
 670         /* The mass is encounted for later, since this differs per atom */
 671         sig[gt].V  = sqrt(kT*(1-sdc[gt].em));
 672         sig[gt].X  = sqrt(kT*sqr(tau_t[gt])*sdc[gt].c);
 673         sig[gt].Yv = sqrt(kT*sdc[gt].b/sdc[gt].c);
 674         sig[gt].Yx = sqrt(kT*sqr(tau_t[gt])*sdc[gt].b/(1-sdc[gt].em));
 675     }
 676 }
 677
 678 static void do_update_sd2(gmx_stochd_t *sd,
 679                           gmx_bool bInitStep,
 680                           int start, int nrend,
 681                           rvec accel[], ivec nFreeze[],
 682                           real invmass[], unsigned short ptype[],
 683                           unsigned short cFREEZE[], unsigned short cACC[],
 684                           unsigned short cTC[],
 685                           rvec x[], rvec xprime[], rvec v[], rvec f[],
 686                           rvec sd_X[],
 687                           const real tau_t[],
 688                           gmx_bool bFirstHalf, gmx_int64_t step, int seed,
 689                           int* gatindex)
 690 {
 691     gmx_sd_const_t *sdc;
 692     gmx_sd_sigma_t *sig;
 693     /* The random part of the velocity update, generated in the first
 694      * half of the update, needs to be remembered for the second half.
 695      */
 696     rvec  *sd_V;
 697     real   kT;
 698     int    gf = 0, ga = 0, gt = 0;
 699     real   vn = 0, Vmh, Xmh;
 700     real   ism;
 701     int    n, d, ng;
 702
 703     sdc  = sd->sdc;
 704     sig  = sd->sdsig;
 705     sd_V = sd->sd_V;
 706
 707     for (n = start; n < nrend; n++)
 708     {
 709         real rnd[6], rndi[3];
 710         ng  = gatindex ? gatindex[n] : n;
 711         ism = sqrt(invmass[n]);
 712         if (cFREEZE)
 713         {
 714             gf  = cFREEZE[n];
 715         }
 716         if (cACC)
 717         {
 718             ga  = cACC[n];
 719         }
 720         if (cTC)
 721         {
 722             gt  = cTC[n];
 723         }
 724
 725         gmx_rng_cycle_6gaussian_table(step*2+(bFirstHalf ? 1 : 2), ng, seed, RND_SEED_UPDATE, rnd);
 726         if (bInitStep)
 727         {
 728             gmx_rng_cycle_3gaussian_table(step*2, ng, seed, RND_SEED_UPDATE, rndi);
 729         }
 730         for (d = 0; d < DIM; d++)
 731         {
 732             if (bFirstHalf)
 733             {
 734                 vn             = v[n][d];
 735             }
 736             if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell) && !nFreeze[gf][d])
 737             {
 738                 if (bFirstHalf)
 739                 {
 740                     if (bInitStep)
 741                     {
 742                         sd_X[n][d] = ism*sig[gt].X*rndi[d];
 743                     }
 744                     Vmh = sd_X[n][d]*sdc[gt].d/(tau_t[gt]*sdc[gt].c)
 745                         + ism*sig[gt].Yv*rnd[d*2];
 746                     sd_V[n][d] = ism*sig[gt].V*rnd[d*2+1];
 747
 748                     v[n][d] = vn*sdc[gt].em
 749                         + (invmass[n]*f[n][d] + accel[ga][d])*tau_t[gt]*(1 - sdc[gt].em)
 750                         + sd_V[n][d] - sdc[gt].em*Vmh;
 751
 752                     xprime[n][d] = x[n][d] + v[n][d]*tau_t[gt]*(sdc[gt].eph - sdc[gt].emh);
 753                 }
 754                 else
 755                 {
 756                     /* Correct the velocities for the constraints.
 757                      * This operation introduces some inaccuracy,
 758                      * since the velocity is determined from differences in coordinates.
 759                      */
 760                     v[n][d] =
 761                         (xprime[n][d] - x[n][d])/(tau_t[gt]*(sdc[gt].eph - sdc[gt].emh));
 762
 763                     Xmh = sd_V[n][d]*tau_t[gt]*sdc[gt].d/(sdc[gt].em-1)
 764                         + ism*sig[gt].Yx*rnd[d*2];
 765                     sd_X[n][d] = ism*sig[gt].X*rnd[d*2+1];
 766
 767                     xprime[n][d] += sd_X[n][d] - Xmh;
 768
 769                 }
 770             }
 771             else
 772             {
 773                 if (bFirstHalf)
 774                 {
 775                     v[n][d]        = 0.0;
 776                     xprime[n][d]   = x[n][d];
 777                 }
 778             }
 779         }
 780     }
 781 }
 782
 783 static void do_update_bd_Tconsts(double dt, real friction_coefficient,
 784                                  int ngtc, const real ref_t[],
 785                                  real *rf)
 786 {
 787     /* This is separated from the update below, because it is single threaded */
 788     int gt;
 789
 790     if (friction_coefficient != 0)
 791     {
 792         for (gt = 0; gt < ngtc; gt++)
 793         {
 794             rf[gt] = sqrt(2.0*BOLTZ*ref_t[gt]/(friction_coefficient*dt));
 795         }
 796     }
 797     else
 798     {
 799         for (gt = 0; gt < ngtc; gt++)
 800         {
 801             rf[gt] = sqrt(2.0*BOLTZ*ref_t[gt]);
 802         }
 803     }
 804 }
 805
 806 static void do_update_bd(int start, int nrend, double dt,
 807                          ivec nFreeze[],
 808                          real invmass[], unsigned short ptype[],
 809                          unsigned short cFREEZE[], unsigned short cTC[],
 810                          rvec x[], rvec xprime[], rvec v[],
 811                          rvec f[], real friction_coefficient,
 812                          real *rf, gmx_int64_t step, int seed,
 813                          int* gatindex)
 814 {
 815     /* note -- these appear to be full step velocities . . .  */
 816     int    gf = 0, gt = 0;
 817     real   vn;
 818     real   invfr = 0;
 819     int    n, d;
 820
 821     if (friction_coefficient != 0)
 822     {
 823         invfr = 1.0/friction_coefficient;
 824     }
 825
 826     for (n = start; (n < nrend); n++)
 827     {
 828         real rnd[3];
 829         int  ng  = gatindex ? gatindex[n] : n;
 830
 831         if (cFREEZE)
 832         {
 833             gf = cFREEZE[n];
 834         }
 835         if (cTC)
 836         {
 837             gt = cTC[n];
 838         }
 839         gmx_rng_cycle_3gaussian_table(step, ng, seed, RND_SEED_UPDATE, rnd);
 840         for (d = 0; (d < DIM); d++)
 841         {
 842             if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell) && !nFreeze[gf][d])
 843             {
 844                 if (friction_coefficient != 0)
 845                 {
 846                     vn = invfr*f[n][d] + rf[gt]*rnd[d];
 847                 }
 848                 else
 849                 {
 850                     /* NOTE: invmass = 2/(mass*friction_constant*dt) */
 851                     vn = 0.5*invmass[n]*f[n][d]*dt
 852                         + sqrt(0.5*invmass[n])*rf[gt]*rnd[d];
 853                 }
 854
 855                 v[n][d]      = vn;
 856                 xprime[n][d] = x[n][d]+vn*dt;
 857             }
 858             else
 859             {
 860                 v[n][d]      = 0.0;
 861                 xprime[n][d] = x[n][d];
 862             }
 863         }
 864     }
 865 }
 866
 867 static void dump_it_all(FILE gmx_unused *fp, const char gmx_unused *title,
 868                         int gmx_unused natoms, rvec gmx_unused x[], rvec gmx_unused xp[],
 869                         rvec gmx_unused v[], rvec gmx_unused f[])
 870 {
 871 #ifdef DEBUG
 872     if (fp)
 873     {
 874         fprintf(fp, "%s\n", title);
 875         pr_rvecs(fp, 0, "x", x, natoms);
 876         pr_rvecs(fp, 0, "xp", xp, natoms);
 877         pr_rvecs(fp, 0, "v", v, natoms);
 878         pr_rvecs(fp, 0, "f", f, natoms);
 879     }
 880 #endif
 881 }
 882
 883 static void calc_ke_part_normal(rvec v[], t_grpopts *opts, t_mdatoms *md,
 884                                 gmx_ekindata_t *ekind, t_nrnb *nrnb, gmx_bool bEkinAveVel,
 885                                 gmx_bool bSaveEkinOld)
 886 {
 887     int           g;
 888     t_grp_tcstat *tcstat  = ekind->tcstat;
 889     t_grp_acc    *grpstat = ekind->grpstat;
 890     int           nthread, thread;
 891
 892     /* three main: VV with AveVel, vv with AveEkin, leap with AveEkin.  Leap with AveVel is also
 893        an option, but not supported now.  Additionally, if we are doing iterations.
 894        bEkinAveVel: If TRUE, we sum into ekin, if FALSE, into ekinh.
 895        bSavEkinOld: If TRUE (in the case of iteration = bIterate is TRUE), we don't copy over the ekinh_old.
 896        If FALSE, we overrwrite it.
 897      */
 898
 899     /* group velocities are calculated in update_ekindata and
 900      * accumulated in acumulate_groups.
 901      * Now the partial global and groups ekin.
 902      */
 903     for (g = 0; (g < opts->ngtc); g++)
 904     {
 905
 906         if (!bSaveEkinOld)
 907         {
 908             copy_mat(tcstat[g].ekinh, tcstat[g].ekinh_old);
 909         }
 910         if (bEkinAveVel)
 911         {
 912             clear_mat(tcstat[g].ekinf);
 913         }
 914         else
 915         {
 916             clear_mat(tcstat[g].ekinh);
 917         }
 918         if (bEkinAveVel)
 919         {
 920             tcstat[g].ekinscalef_nhc = 1.0; /* need to clear this -- logic is complicated! */
 921         }
 922     }
 923     ekind->dekindl_old = ekind->dekindl;
 924
 925     nthread = gmx_omp_nthreads_get(emntUpdate);
 926
 927 #pragma omp parallel for num_threads(nthread) schedule(static)
 928     for (thread = 0; thread < nthread; thread++)
 929     {
 930         int     start_t, end_t, n;
 931         int     ga, gt;
 932         rvec    v_corrt;
 933         real    hm;
 934         int     d, m;
 935         matrix *ekin_sum;
 936         real   *dekindl_sum;
 937
 938         start_t = ((thread+0)*md->homenr)/nthread;
 939         end_t   = ((thread+1)*md->homenr)/nthread;
 940
 941         ekin_sum    = ekind->ekin_work[thread];
 942         dekindl_sum = ekind->dekindl_work[thread];
 943
 944         for (gt = 0; gt < opts->ngtc; gt++)
 945         {
 946             clear_mat(ekin_sum[gt]);
 947         }
 948         *dekindl_sum = 0.0;
 949
 950         ga = 0;
 951         gt = 0;
 952         for (n = start_t; n < end_t; n++)
 953         {
 954             if (md->cACC)
 955             {
 956                 ga = md->cACC[n];
 957             }
 958             if (md->cTC)
 959             {
 960                 gt = md->cTC[n];
 961             }
 962             hm   = 0.5*md->massT[n];
 963
 964             for (d = 0; (d < DIM); d++)
 965             {
 966                 v_corrt[d]  = v[n][d]  - grpstat[ga].u[d];
 967             }
 968             for (d = 0; (d < DIM); d++)
 969             {
 970                 for (m = 0; (m < DIM); m++)
 971                 {
 972                     /* if we're computing a full step velocity, v_corrt[d] has v(t).  Otherwise, v(t+dt/2) */
 973                     ekin_sum[gt][m][d] += hm*v_corrt[m]*v_corrt[d];
 974                 }
 975             }
 976             if (md->nMassPerturbed && md->bPerturbed[n])
 977             {
 978                 *dekindl_sum +=
 979                     0.5*(md->massB[n] - md->massA[n])*iprod(v_corrt, v_corrt);
 980             }
 981         }
 982     }
 983
 984     ekind->dekindl = 0;
 985     for (thread = 0; thread < nthread; thread++)
 986     {
 987         for (g = 0; g < opts->ngtc; g++)
 988         {
 989             if (bEkinAveVel)
 990             {
 991                 m_add(tcstat[g].ekinf, ekind->ekin_work[thread][g],
 992                       tcstat[g].ekinf);
 993             }
 994             else
 995             {
 996                 m_add(tcstat[g].ekinh, ekind->ekin_work[thread][g],
 997                       tcstat[g].ekinh);
 998             }
 999         }
1000
1001         ekind->dekindl += *ekind->dekindl_work[thread];
1002     }
1003
1004     inc_nrnb(nrnb, eNR_EKIN, md->homenr);
1005 }
1006
1007 static void calc_ke_part_visc(matrix box, rvec x[], rvec v[],
1008                               t_grpopts *opts, t_mdatoms *md,
1009                               gmx_ekindata_t *ekind,
1010                               t_nrnb *nrnb, gmx_bool bEkinAveVel)
1011 {
1012     int           start = 0, homenr = md->homenr;
1013     int           g, d, n, m, gt = 0;
1014     rvec          v_corrt;
1015     real          hm;
1016     t_grp_tcstat *tcstat = ekind->tcstat;
1017     t_cos_acc    *cosacc = &(ekind->cosacc);
1018     real          dekindl;
1019     real          fac, cosz;
1020     double        mvcos;
1021
1022     for (g = 0; g < opts->ngtc; g++)
1023     {
1024         copy_mat(ekind->tcstat[g].ekinh, ekind->tcstat[g].ekinh_old);
1025         clear_mat(ekind->tcstat[g].ekinh);
1026     }
1027     ekind->dekindl_old = ekind->dekindl;
1028
1029     fac     = 2*M_PI/box[ZZ][ZZ];
1030     mvcos   = 0;
1031     dekindl = 0;
1032     for (n = start; n < start+homenr; n++)
1033     {
1034         if (md->cTC)
1035         {
1036             gt = md->cTC[n];
1037         }
1038         hm   = 0.5*md->massT[n];
1039
1040         /* Note that the times of x and v differ by half a step */
1041         /* MRS -- would have to be changed for VV */
1042         cosz         = cos(fac*x[n][ZZ]);
1043         /* Calculate the amplitude of the new velocity profile */
1044         mvcos       += 2*cosz*md->massT[n]*v[n][XX];
1045
1046         copy_rvec(v[n], v_corrt);
1047         /* Subtract the profile for the kinetic energy */
1048         v_corrt[XX] -= cosz*cosacc->vcos;
1049         for (d = 0; (d < DIM); d++)
1050         {
1051             for (m = 0; (m < DIM); m++)
1052             {
1053                 /* if we're computing a full step velocity, v_corrt[d] has v(t).  Otherwise, v(t+dt/2) */
1054                 if (bEkinAveVel)
1055                 {
1056                     tcstat[gt].ekinf[m][d] += hm*v_corrt[m]*v_corrt[d];
1057                 }
1058                 else
1059                 {
1060                     tcstat[gt].ekinh[m][d] += hm*v_corrt[m]*v_corrt[d];
1061                 }
1062             }
1063         }
1064         if (md->nPerturbed && md->bPerturbed[n])
1065         {
1066             /* The minus sign here might be confusing.
1067              * The kinetic contribution from dH/dl doesn't come from
1068              * d m(l)/2 v^2 / dl, but rather from d p^2/2m(l) / dl,
1069              * where p are the momenta. The difference is only a minus sign.
1070              */
1071             dekindl -= 0.5*(md->massB[n] - md->massA[n])*iprod(v_corrt, v_corrt);
1072         }
1073     }
1074     ekind->dekindl = dekindl;
1075     cosacc->mvcos  = mvcos;
1076
1077     inc_nrnb(nrnb, eNR_EKIN, homenr);
1078 }
1079
1080 void calc_ke_part(t_state *state, t_grpopts *opts, t_mdatoms *md,
1081                   gmx_ekindata_t *ekind, t_nrnb *nrnb, gmx_bool bEkinAveVel, gmx_bool bSaveEkinOld)
1082 {
1083     if (ekind->cosacc.cos_accel == 0)
1084     {
1085         calc_ke_part_normal(state->v, opts, md, ekind, nrnb, bEkinAveVel, bSaveEkinOld);
1086     }
1087     else
1088     {
1089         calc_ke_part_visc(state->box, state->x, state->v, opts, md, ekind, nrnb, bEkinAveVel);
1090     }
1091 }
1092
1093 extern void init_ekinstate(ekinstate_t *ekinstate, const t_inputrec *ir)
1094 {
1095     ekinstate->ekin_n = ir->opts.ngtc;
1096     snew(ekinstate->ekinh, ekinstate->ekin_n);
1097     snew(ekinstate->ekinf, ekinstate->ekin_n);
1098     snew(ekinstate->ekinh_old, ekinstate->ekin_n);
1099     snew(ekinstate->ekinscalef_nhc, ekinstate->ekin_n);
1100     snew(ekinstate->ekinscaleh_nhc, ekinstate->ekin_n);
1101     snew(ekinstate->vscale_nhc, ekinstate->ekin_n);
1102     ekinstate->dekindl = 0;
1103     ekinstate->mvcos   = 0;
1104 }
1105
1106 void update_ekinstate(ekinstate_t *ekinstate, gmx_ekindata_t *ekind)
1107 {
1108     int i;
1109
1110     for (i = 0; i < ekinstate->ekin_n; i++)
1111     {
1112         copy_mat(ekind->tcstat[i].ekinh, ekinstate->ekinh[i]);
1113         copy_mat(ekind->tcstat[i].ekinf, ekinstate->ekinf[i]);
1114         copy_mat(ekind->tcstat[i].ekinh_old, ekinstate->ekinh_old[i]);
1115         ekinstate->ekinscalef_nhc[i] = ekind->tcstat[i].ekinscalef_nhc;
1116         ekinstate->ekinscaleh_nhc[i] = ekind->tcstat[i].ekinscaleh_nhc;
1117         ekinstate->vscale_nhc[i]     = ekind->tcstat[i].vscale_nhc;
1118     }
1119
1120     copy_mat(ekind->ekin, ekinstate->ekin_total);
1121     ekinstate->dekindl = ekind->dekindl;
1122     ekinstate->mvcos   = ekind->cosacc.mvcos;
1123
1124 }
1125
1126 void restore_ekinstate_from_state(t_commrec *cr,
1127                                   gmx_ekindata_t *ekind, ekinstate_t *ekinstate)
1128 {
1129     int i, n;
1130
1131     if (MASTER(cr))
1132     {
1133         for (i = 0; i < ekinstate->ekin_n; i++)
1134         {
1135             copy_mat(ekinstate->ekinh[i], ekind->tcstat[i].ekinh);
1136             copy_mat(ekinstate->ekinf[i], ekind->tcstat[i].ekinf);
1137             copy_mat(ekinstate->ekinh_old[i], ekind->tcstat[i].ekinh_old);
1138             ekind->tcstat[i].ekinscalef_nhc = ekinstate->ekinscalef_nhc[i];
1139             ekind->tcstat[i].ekinscaleh_nhc = ekinstate->ekinscaleh_nhc[i];
1140             ekind->tcstat[i].vscale_nhc     = ekinstate->vscale_nhc[i];
1141         }
1142
1143         copy_mat(ekinstate->ekin_total, ekind->ekin);
1144
1145         ekind->dekindl      = ekinstate->dekindl;
1146         ekind->cosacc.mvcos = ekinstate->mvcos;
1147         n                   = ekinstate->ekin_n;
1148     }
1149
1150     if (PAR(cr))
1151     {
1152         gmx_bcast(sizeof(n), &n, cr);
1153         for (i = 0; i < n; i++)
1154         {
1155             gmx_bcast(DIM*DIM*sizeof(ekind->tcstat[i].ekinh[0][0]),
1156                       ekind->tcstat[i].ekinh[0], cr);
1157             gmx_bcast(DIM*DIM*sizeof(ekind->tcstat[i].ekinf[0][0]),
1158                       ekind->tcstat[i].ekinf[0], cr);
1159             gmx_bcast(DIM*DIM*sizeof(ekind->tcstat[i].ekinh_old[0][0]),
1160                       ekind->tcstat[i].ekinh_old[0], cr);
1161
1162             gmx_bcast(sizeof(ekind->tcstat[i].ekinscalef_nhc),
1163                       &(ekind->tcstat[i].ekinscalef_nhc), cr);
1164             gmx_bcast(sizeof(ekind->tcstat[i].ekinscaleh_nhc),
1165                       &(ekind->tcstat[i].ekinscaleh_nhc), cr);
1166             gmx_bcast(sizeof(ekind->tcstat[i].vscale_nhc),
1167                       &(ekind->tcstat[i].vscale_nhc), cr);
1168         }
1169         gmx_bcast(DIM*DIM*sizeof(ekind->ekin[0][0]),
1170                   ekind->ekin[0], cr);
1171
1172         gmx_bcast(sizeof(ekind->dekindl), &ekind->dekindl, cr);
1173         gmx_bcast(sizeof(ekind->cosacc.mvcos), &ekind->cosacc.mvcos, cr);
1174     }
1175 }
1176
1177 void set_deform_reference_box(gmx_update_t upd, gmx_int64_t step, matrix box)
1178 {
1179     upd->deformref_step = step;
1180     copy_mat(box, upd->deformref_box);
1181 }
1182
1183 static void deform(gmx_update_t upd,
1184                    int start, int homenr, rvec x[], matrix box, matrix *scale_tot,
1185                    const t_inputrec *ir, gmx_int64_t step)
1186 {
1187     matrix bnew, invbox, mu;
1188     real   elapsed_time;
1189     int    i, j;
1190
1191     elapsed_time = (step + 1 - upd->deformref_step)*ir->delta_t;
1192     copy_mat(box, bnew);
1193     for (i = 0; i < DIM; i++)
1194     {
1195         for (j = 0; j < DIM; j++)
1196         {
1197             if (ir->deform[i][j] != 0)
1198             {
1199                 bnew[i][j] =
1200                     upd->deformref_box[i][j] + elapsed_time*ir->deform[i][j];
1201             }
1202         }
1203     }
1204     /* We correct the off-diagonal elements,
1205      * which can grow indefinitely during shearing,
1206      * so the shifts do not get messed up.
1207      */
1208     for (i = 1; i < DIM; i++)
1209     {
1210         for (j = i-1; j >= 0; j--)
1211         {
1212             while (bnew[i][j] - box[i][j] > 0.5*bnew[j][j])
1213             {
1214                 rvec_dec(bnew[i], bnew[j]);
1215             }
1216             while (bnew[i][j] - box[i][j] < -0.5*bnew[j][j])
1217             {
1218                 rvec_inc(bnew[i], bnew[j]);
1219             }
1220         }
1221     }
1222     m_inv_ur0(box, invbox);
1223     copy_mat(bnew, box);
1224     mmul_ur0(box, invbox, mu);
1225
1226     for (i = start; i < start+homenr; i++)
1227     {
1228         x[i][XX] = mu[XX][XX]*x[i][XX]+mu[YY][XX]*x[i][YY]+mu[ZZ][XX]*x[i][ZZ];
1229         x[i][YY] = mu[YY][YY]*x[i][YY]+mu[ZZ][YY]*x[i][ZZ];
1230         x[i][ZZ] = mu[ZZ][ZZ]*x[i][ZZ];
1231     }
1232     if (*scale_tot)
1233     {
1234         /* The transposes of the scaling matrices are stored,
1235          * so we need to do matrix multiplication in the inverse order.
1236          */
1237         mmul_ur0(*scale_tot, mu, *scale_tot);
1238     }
1239 }
1240
1241 void update_tcouple(gmx_int64_t       step,
1242                     t_inputrec       *inputrec,
1243                     t_state          *state,
1244                     gmx_ekindata_t   *ekind,
1245                     t_extmass        *MassQ,
1246                     t_mdatoms        *md)
1247
1248 {
1249     gmx_bool   bTCouple = FALSE;
1250     real       dttc;
1251     int        i, start, end, homenr, offset;
1252
1253     /* if using vv with trotter decomposition methods, we do this elsewhere in the code */
1254     if (inputrec->etc != etcNO &&
1255         !(IR_NVT_TROTTER(inputrec) || IR_NPT_TROTTER(inputrec) || IR_NPH_TROTTER(inputrec)))
1256     {
1257         /* We should only couple after a step where energies were determined (for leapfrog versions)
1258            or the step energies are determined, for velocity verlet versions */
1259
1260         if (EI_VV(inputrec->eI))
1261         {
1262             offset = 0;
1263         }
1264         else
1265         {
1266             offset = 1;
1267         }
1268         bTCouple = (inputrec->nsttcouple == 1 ||
1269                     do_per_step(step+inputrec->nsttcouple-offset,
1270                                 inputrec->nsttcouple));
1271     }
1272
1273     if (bTCouple)
1274     {
1275         dttc = inputrec->nsttcouple*inputrec->delta_t;
1276
1277         switch (inputrec->etc)
1278         {
1279             case etcNO:
1280                 break;
1281             case etcBERENDSEN:
1282                 berendsen_tcoupl(inputrec, ekind, dttc);
1283                 break;
1284             case etcNOSEHOOVER:
1285                 nosehoover_tcoupl(&(inputrec->opts), ekind, dttc,
1286                                   state->nosehoover_xi, state->nosehoover_vxi, MassQ);
1287                 break;
1288             case etcVRESCALE:
1289                 vrescale_tcoupl(inputrec, step, ekind, dttc,
1290                                 state->therm_integral);
1291                 break;
1292         }
1293         /* rescale in place here */
1294         if (EI_VV(inputrec->eI))
1295         {
1296             rescale_velocities(ekind, md, 0, md->homenr, state->v);
1297         }
1298     }
1299     else
1300     {
1301         /* Set the T scaling lambda to 1 to have no scaling */
1302         for (i = 0; (i < inputrec->opts.ngtc); i++)
1303         {
1304             ekind->tcstat[i].lambda = 1.0;
1305         }
1306     }
1307 }
1308
1309 void update_pcouple(FILE             *fplog,
1310                     gmx_int64_t       step,
1311                     t_inputrec       *inputrec,
1312                     t_state          *state,
1313                     matrix            pcoupl_mu,
1314                     matrix            M,
1315                     gmx_bool          bInitStep)
1316 {
1317     gmx_bool   bPCouple = FALSE;
1318     real       dtpc     = 0;
1319     int        i;
1320
1321     /* if using Trotter pressure, we do this in coupling.c, so we leave it false. */
1322     if (inputrec->epc != epcNO && (!(IR_NPT_TROTTER(inputrec) || IR_NPH_TROTTER(inputrec))))
1323     {
1324         /* We should only couple after a step where energies were determined */
1325         bPCouple = (inputrec->nstpcouple == 1 ||
1326                     do_per_step(step+inputrec->nstpcouple-1,
1327                                 inputrec->nstpcouple));
1328     }
1329
1330     clear_mat(pcoupl_mu);
1331     for (i = 0; i < DIM; i++)
1332     {
1333         pcoupl_mu[i][i] = 1.0;
1334     }
1335
1336     clear_mat(M);
1337
1338     if (bPCouple)
1339     {
1340         dtpc = inputrec->nstpcouple*inputrec->delta_t;
1341
1342         switch (inputrec->epc)
1343         {
1344             /* We can always pcoupl, even if we did not sum the energies
1345              * the previous step, since state->pres_prev is only updated
1346              * when the energies have been summed.
1347              */
1348             case (epcNO):
1349                 break;
1350             case (epcBERENDSEN):
1351                 if (!bInitStep)
1352                 {
1353                     berendsen_pcoupl(fplog, step, inputrec, dtpc, state->pres_prev, state->box,
1354                                      pcoupl_mu);
1355                 }
1356                 break;
1357             case (epcPARRINELLORAHMAN):
1358                 parrinellorahman_pcoupl(fplog, step, inputrec, dtpc, state->pres_prev,
1359                                         state->box, state->box_rel, state->boxv,
1360                                         M, pcoupl_mu, bInitStep);
1361                 break;
1362             default:
1363                 break;
1364         }
1365     }
1366 }
1367
1368 static rvec *get_xprime(const t_state *state, gmx_update_t upd)
1369 {
1370     if (state->nalloc > upd->xp_nalloc)
1371     {
1372         upd->xp_nalloc = state->nalloc;
1373         srenew(upd->xp, upd->xp_nalloc);
1374     }
1375
1376     return upd->xp;
1377 }
1378
1379 static void combine_forces(gmx_update_t upd,
1380                            int nstcalclr,
1381                            gmx_constr_t constr,
1382                            t_inputrec *ir, t_mdatoms *md, t_idef *idef,
1383                            t_commrec *cr,
1384                            gmx_int64_t step,
1385                            t_state *state, gmx_bool bMolPBC,
1386                            int start, int nrend,
1387                            rvec f[], rvec f_lr[],
1388                            tensor *vir_lr_constr,
1389                            t_nrnb *nrnb)
1390 {
1391     int  i, d;
1392
1393     /* f contains the short-range forces + the long range forces
1394      * which are stored separately in f_lr.
1395      */
1396
1397     if (constr != NULL && vir_lr_constr != NULL &&
1398         !(ir->eConstrAlg == econtSHAKE && ir->epc == epcNO))
1399     {
1400         /* We need to constrain the LR forces separately,
1401          * because due to the different pre-factor for the SR and LR
1402          * forces in the update algorithm, we have to correct
1403          * the constraint virial for the nstcalclr-1 extra f_lr.
1404          * Constrain only the additional LR part of the force.
1405          */
1406         /* MRS -- need to make sure this works with trotter integration -- the constraint calls may not be right.*/
1407         rvec *xp;
1408         real  fac;
1409         int   gf = 0;
1410
1411         xp  = get_xprime(state, upd);
1412
1413         fac = (nstcalclr - 1)*ir->delta_t*ir->delta_t;
1414
1415         for (i = 0; i < md->homenr; i++)
1416         {
1417             if (md->cFREEZE != NULL)
1418             {
1419                 gf = md->cFREEZE[i];
1420             }
1421             for (d = 0; d < DIM; d++)
1422             {
1423                 if ((md->ptype[i] != eptVSite) &&
1424                     (md->ptype[i] != eptShell) &&
1425                     !ir->opts.nFreeze[gf][d])
1426                 {
1427                     xp[i][d] = state->x[i][d] + fac*f_lr[i][d]*md->invmass[i];
1428                 }
1429             }
1430         }
1431         constrain(NULL, FALSE, FALSE, constr, idef, ir, NULL, cr, step, 0, md,
1432                   state->x, xp, xp, bMolPBC, state->box, state->lambda[efptBONDED], NULL,
1433                   NULL, vir_lr_constr, nrnb, econqCoord, ir->epc == epcMTTK, state->veta, state->veta);
1434     }
1435
1436     /* Add nstcalclr-1 times the LR force to the sum of both forces
1437      * and store the result in forces_lr.
1438      */
1439     for (i = start; i < nrend; i++)
1440     {
1441         for (d = 0; d < DIM; d++)
1442         {
1443             f_lr[i][d] = f[i][d] + (nstcalclr - 1)*f_lr[i][d];
1444         }
1445     }
1446 }
1447
1448 void update_constraints(FILE             *fplog,
1449                         gmx_int64_t       step,
1450                         real             *dvdlambda, /* the contribution to be added to the bonded interactions */
1451                         t_inputrec       *inputrec,  /* input record and box stuff      */
1452                         gmx_ekindata_t   *ekind,
1453                         t_mdatoms        *md,
1454                         t_state          *state,
1455                         gmx_bool          bMolPBC,
1456                         t_graph          *graph,
1457                         rvec              force[],   /* forces on home particles */
1458                         t_idef           *idef,
1459                         tensor            vir_part,
1460                         t_commrec        *cr,
1461                         t_nrnb           *nrnb,
1462                         gmx_wallcycle_t   wcycle,
1463                         gmx_update_t      upd,
1464                         gmx_constr_t      constr,
1465                         gmx_bool          bFirstHalf,
1466                         gmx_bool          bCalcVir,
1467                         real              vetanew)
1468 {
1469     gmx_bool             bExtended, bLastStep, bLog = FALSE, bEner = FALSE, bDoConstr = FALSE;
1470     double               dt;
1471     real                 dt_1;
1472     int                  start, homenr, nrend, i, n, m, g, d;
1473     tensor               vir_con;
1474     rvec                *vbuf, *xprime = NULL;
1475     int                  nth, th;
1476
1477     if (constr)
1478     {
1479         bDoConstr = TRUE;
1480     }
1481     if (bFirstHalf && !EI_VV(inputrec->eI))
1482     {
1483         bDoConstr = FALSE;
1484     }
1485
1486     /* for now, SD update is here -- though it really seems like it
1487        should be reformulated as a velocity verlet method, since it has two parts */
1488
1489     start  = 0;
1490     homenr = md->homenr;
1491     nrend  = start+homenr;
1492
1493     dt   = inputrec->delta_t;
1494     dt_1 = 1.0/dt;
1495
1496     /*
1497      *  Steps (7C, 8C)
1498      *  APPLY CONSTRAINTS:
1499      *  BLOCK SHAKE
1500
1501      * When doing PR pressure coupling we have to constrain the
1502      * bonds in each iteration. If we are only using Nose-Hoover tcoupling
1503      * it is enough to do this once though, since the relative velocities
1504      * after this will be normal to the bond vector
1505      */
1506
1507     if (bDoConstr)
1508     {
1509         /* clear out constraints before applying */
1510         clear_mat(vir_part);
1511
1512         xprime = get_xprime(state, upd);
1513
1514         bLastStep = (step == inputrec->init_step+inputrec->nsteps);
1515         bLog      = (do_per_step(step, inputrec->nstlog) || bLastStep || (step < 0));
1516         bEner     = (do_per_step(step, inputrec->nstenergy) || bLastStep);
1517         /* Constrain the coordinates xprime */
1518         wallcycle_start(wcycle, ewcCONSTR);
1519         if (EI_VV(inputrec->eI) && bFirstHalf)
1520         {
1521             constrain(NULL, bLog, bEner, constr, idef,
1522                       inputrec, ekind, cr, step, 1, md,
1523                       state->x, state->v, state->v,
1524                       bMolPBC, state->box,
1525                       state->lambda[efptBONDED], dvdlambda,
1526                       NULL, bCalcVir ? &vir_con : NULL, nrnb, econqVeloc,
1527                       inputrec->epc == epcMTTK, state->veta, vetanew);
1528         }
1529         else
1530         {
1531             constrain(NULL, bLog, bEner, constr, idef,
1532                       inputrec, ekind, cr, step, 1, md,
1533                       state->x, xprime, NULL,
1534                       bMolPBC, state->box,
1535                       state->lambda[efptBONDED], dvdlambda,
1536                       state->v, bCalcVir ? &vir_con : NULL, nrnb, econqCoord,
1537                       inputrec->epc == epcMTTK, state->veta, state->veta);
1538         }
1539         wallcycle_stop(wcycle, ewcCONSTR);
1540
1541         where();
1542
1543         dump_it_all(fplog, "After Shake",
1544                     state->natoms, state->x, xprime, state->v, force);
1545
1546         if (bCalcVir)
1547         {
1548             if (inputrec->eI == eiSD2)
1549             {
1550                 /* A correction factor eph is needed for the SD constraint force */
1551                 /* Here we can, unfortunately, not have proper corrections
1552                  * for different friction constants, so we use the first one.
1553                  */
1554                 for (i = 0; i < DIM; i++)
1555                 {
1556                     for (m = 0; m < DIM; m++)
1557                     {
1558                         vir_part[i][m] += upd->sd->sdc[0].eph*vir_con[i][m];
1559                     }
1560                 }
1561             }
1562             else
1563             {
1564                 m_add(vir_part, vir_con, vir_part);
1565             }
1566             if (debug)
1567             {
1568                 pr_rvecs(debug, 0, "constraint virial", vir_part, DIM);
1569             }
1570         }
1571     }
1572
1573     where();
1574     if ((inputrec->eI == eiSD2) && !(bFirstHalf))
1575     {
1576         xprime = get_xprime(state, upd);
1577
1578         nth = gmx_omp_nthreads_get(emntUpdate);
1579
1580 #pragma omp parallel for num_threads(nth) schedule(static)
1581         for (th = 0; th < nth; th++)
1582         {
1583             int start_th, end_th;
1584
1585             start_th = start + ((nrend-start)* th   )/nth;
1586             end_th   = start + ((nrend-start)*(th+1))/nth;
1587
1588             /* The second part of the SD integration */
1589             do_update_sd2(upd->sd,
1590                           FALSE, start_th, end_th,
1591                           inputrec->opts.acc, inputrec->opts.nFreeze,
1592                           md->invmass, md->ptype,
1593                           md->cFREEZE, md->cACC, md->cTC,
1594                           state->x, xprime, state->v, force, state->sd_X,
1595                           inputrec->opts.tau_t,
1596                           FALSE, step, inputrec->ld_seed,
1597                           DOMAINDECOMP(cr) ? cr->dd->gatindex : NULL);
1598         }
1599         inc_nrnb(nrnb, eNR_UPDATE, homenr);
1600
1601         if (bDoConstr)
1602         {
1603             /* Constrain the coordinates xprime */
1604             wallcycle_start(wcycle, ewcCONSTR);
1605             constrain(NULL, bLog, bEner, constr, idef,
1606                       inputrec, NULL, cr, step, 1, md,
1607                       state->x, xprime, NULL,
1608                       bMolPBC, state->box,
1609                       state->lambda[efptBONDED], dvdlambda,
1610                       NULL, NULL, nrnb, econqCoord, FALSE, 0, 0);
1611             wallcycle_stop(wcycle, ewcCONSTR);
1612         }
1613     }
1614
1615     /* We must always unshift after updating coordinates; if we did not shake
1616        x was shifted in do_force */
1617
1618     if (!(bFirstHalf)) /* in the first half of vv, no shift. */
1619     {
1620         if (graph && (graph->nnodes > 0))
1621         {
1622             unshift_x(graph, state->box, state->x, upd->xp);
1623             if (TRICLINIC(state->box))
1624             {
1625                 inc_nrnb(nrnb, eNR_SHIFTX, 2*graph->nnodes);
1626             }
1627             else
1628             {
1629                 inc_nrnb(nrnb, eNR_SHIFTX, graph->nnodes);
1630             }
1631         }
1632         else
1633         {
1634 #pragma omp parallel for num_threads(gmx_omp_nthreads_get(emntUpdate)) schedule(static)
1635             for (i = start; i < nrend; i++)
1636             {
1637                 copy_rvec(upd->xp[i], state->x[i]);
1638             }
1639         }
1640
1641         dump_it_all(fplog, "After unshift",
1642                     state->natoms, state->x, upd->xp, state->v, force);
1643     }
1644 /* ############# END the update of velocities and positions ######### */
1645 }
1646
1647 void update_box(FILE             *fplog,
1648                 gmx_int64_t       step,
1649                 t_inputrec       *inputrec,  /* input record and box stuff      */
1650                 t_mdatoms        *md,
1651                 t_state          *state,
1652                 rvec              force[],   /* forces on home particles */
1653                 matrix           *scale_tot,
1654                 matrix            pcoupl_mu,
1655                 t_nrnb           *nrnb,
1656                 gmx_update_t      upd)
1657 {
1658     gmx_bool             bExtended, bLastStep, bLog = FALSE, bEner = FALSE;
1659     double               dt;
1660     real                 dt_1;
1661     int                  start, homenr, nrend, i, n, m, g;
1662     tensor               vir_con;
1663
1664     start  = 0;
1665     homenr = md->homenr;
1666     nrend  = start+homenr;
1667
1668     bExtended =
1669         (inputrec->etc == etcNOSEHOOVER) ||
1670         (inputrec->epc == epcPARRINELLORAHMAN) ||
1671         (inputrec->epc == epcMTTK);
1672
1673     dt = inputrec->delta_t;
1674
1675     where();
1676
1677     /* now update boxes */
1678     switch (inputrec->epc)
1679     {
1680         case (epcNO):
1681             break;
1682         case (epcBERENDSEN):
1683             berendsen_pscale(inputrec, pcoupl_mu, state->box, state->box_rel,
1684                              start, homenr, state->x, md->cFREEZE, nrnb);
1685             break;
1686         case (epcPARRINELLORAHMAN):
1687             /* The box velocities were updated in do_pr_pcoupl in the update
1688              * iteration, but we dont change the box vectors until we get here
1689              * since we need to be able to shift/unshift above.
1690              */
1691             for (i = 0; i < DIM; i++)
1692             {
1693                 for (m = 0; m <= i; m++)
1694                 {
1695                     state->box[i][m] += dt*state->boxv[i][m];
1696                 }
1697             }
1698             preserve_box_shape(inputrec, state->box_rel, state->box);
1699
1700             /* Scale the coordinates */
1701             for (n = start; (n < start+homenr); n++)
1702             {
1703                 tmvmul_ur0(pcoupl_mu, state->x[n], state->x[n]);
1704             }
1705             break;
1706         case (epcMTTK):
1707             switch (inputrec->epct)
1708             {
1709                 case (epctISOTROPIC):
1710                     /* DIM * eta = ln V.  so DIM*eta_new = DIM*eta_old + DIM*dt*veta =>
1711                        ln V_new = ln V_old + 3*dt*veta => V_new = V_old*exp(3*dt*veta) =>
1712                        Side length scales as exp(veta*dt) */
1713
1714                     msmul(state->box, exp(state->veta*dt), state->box);
1715
1716                     /* Relate veta to boxv.  veta = d(eta)/dT = (1/DIM)*1/V dV/dT.
1717                        o               If we assume isotropic scaling, and box length scaling
1718                        factor L, then V = L^DIM (det(M)).  So dV/dt = DIM
1719                        L^(DIM-1) dL/dt det(M), and veta = (1/L) dL/dt.  The
1720                        determinant of B is L^DIM det(M), and the determinant
1721                        of dB/dt is (dL/dT)^DIM det (M).  veta will be
1722                        (det(dB/dT)/det(B))^(1/3).  Then since M =
1723                        B_new*(vol_new)^(1/3), dB/dT_new = (veta_new)*B(new). */
1724
1725                     msmul(state->box, state->veta, state->boxv);
1726                     break;
1727                 default:
1728                     break;
1729             }
1730             break;
1731         default:
1732             break;
1733     }
1734
1735     if ((!(IR_NPT_TROTTER(inputrec) || IR_NPH_TROTTER(inputrec))) && scale_tot)
1736     {
1737         /* The transposes of the scaling matrices are stored,
1738          * therefore we need to reverse the order in the multiplication.
1739          */
1740         mmul_ur0(*scale_tot, pcoupl_mu, *scale_tot);
1741     }
1742
1743     if (DEFORM(*inputrec))
1744     {
1745         deform(upd, start, homenr, state->x, state->box, scale_tot, inputrec, step);
1746     }
1747     where();
1748     dump_it_all(fplog, "After update",
1749                 state->natoms, state->x, upd->xp, state->v, force);
1750 }
1751
1752 void update_coords(FILE             *fplog,
1753                    gmx_int64_t       step,
1754                    t_inputrec       *inputrec,  /* input record and box stuff   */
1755                    t_mdatoms        *md,
1756                    t_state          *state,
1757                    gmx_bool          bMolPBC,
1758                    rvec             *f,    /* forces on home particles */
1759                    gmx_bool          bDoLR,
1760                    rvec             *f_lr,
1761                    tensor           *vir_lr_constr,
1762                    t_fcdata         *fcd,
1763                    gmx_ekindata_t   *ekind,
1764                    matrix            M,
1765                    gmx_update_t      upd,
1766                    gmx_bool          bInitStep,
1767                    int               UpdatePart,
1768                    t_commrec        *cr, /* these shouldn't be here -- need to think about it */
1769                    t_nrnb           *nrnb,
1770                    gmx_constr_t      constr,
1771                    t_idef           *idef)
1772 {
1773     gmx_bool          bNH, bPR, bLastStep, bLog = FALSE, bEner = FALSE;
1774     double            dt, alpha;
1775     real             *imass, *imassin;
1776     rvec             *force;
1777     real              dt_1;
1778     int               start, homenr, nrend, i, j, d, n, m, g;
1779     int               blen0, blen1, iatom, jatom, nshake, nsettle, nconstr, nexpand;
1780     int              *icom = NULL;
1781     tensor            vir_con;
1782     rvec             *vcom, *xcom, *vall, *xall, *xin, *vin, *forcein, *fall, *xpall, *xprimein, *xprime;
1783     int               nth, th;
1784
1785     /* Running the velocity half does nothing except for velocity verlet */
1786     if ((UpdatePart == etrtVELOCITY1 || UpdatePart == etrtVELOCITY2) &&
1787         !EI_VV(inputrec->eI))
1788     {
1789         gmx_incons("update_coords called for velocity without VV integrator");
1790     }
1791
1792     start  = 0;
1793     homenr = md->homenr;
1794     nrend  = start+homenr;
1795
1796     xprime = get_xprime(state, upd);
1797
1798     dt   = inputrec->delta_t;
1799     dt_1 = 1.0/dt;
1800
1801     /* We need to update the NMR restraint history when time averaging is used */
1802     if (state->flags & (1<<estDISRE_RM3TAV))
1803     {
1804         update_disres_history(fcd, &state->hist);
1805     }
1806     if (state->flags & (1<<estORIRE_DTAV))
1807     {
1808         update_orires_history(fcd, &state->hist);
1809     }
1810
1811
1812     bNH = inputrec->etc == etcNOSEHOOVER;
1813     bPR = ((inputrec->epc == epcPARRINELLORAHMAN) || (inputrec->epc == epcMTTK));
1814
1815     if (bDoLR && inputrec->nstcalclr > 1 && !EI_VV(inputrec->eI))  /* get this working with VV? */
1816     {
1817         /* Store the total force + nstcalclr-1 times the LR force
1818          * in forces_lr, so it can be used in a normal update algorithm
1819          * to produce twin time stepping.
1820          */
1821         /* is this correct in the new construction? MRS */
1822         combine_forces(upd,
1823                        inputrec->nstcalclr, constr, inputrec, md, idef, cr,
1824                        step, state, bMolPBC,
1825                        start, nrend, f, f_lr, vir_lr_constr, nrnb);
1826         force = f_lr;
1827     }
1828     else
1829     {
1830         force = f;
1831     }
1832
1833     /* ############# START The update of velocities and positions ######### */
1834     where();
1835     dump_it_all(fplog, "Before update",
1836                 state->natoms, state->x, xprime, state->v, force);
1837
1838     if (inputrec->eI == eiSD2)
1839     {
1840         check_sd2_work_data_allocation(upd->sd, nrend);
1841
1842         do_update_sd2_Tconsts(upd->sd,
1843                               inputrec->opts.ngtc,
1844                               inputrec->opts.tau_t,
1845                               inputrec->opts.ref_t);
1846     }
1847     if (inputrec->eI == eiBD)
1848     {
1849         do_update_bd_Tconsts(dt, inputrec->bd_fric,
1850                              inputrec->opts.ngtc, inputrec->opts.ref_t,
1851                              upd->sd->bd_rf);
1852     }
1853
1854     nth = gmx_omp_nthreads_get(emntUpdate);
1855
1856 #pragma omp parallel for num_threads(nth) schedule(static) private(alpha)
1857     for (th = 0; th < nth; th++)
1858     {
1859         int start_th, end_th;
1860
1861         start_th = start + ((nrend-start)* th   )/nth;
1862         end_th   = start + ((nrend-start)*(th+1))/nth;
1863
1864         switch (inputrec->eI)
1865         {
1866             case (eiMD):
1867                 if (ekind->cosacc.cos_accel == 0)
1868                 {
1869                     do_update_md(start_th, end_th, dt,
1870                                  ekind->tcstat, state->nosehoover_vxi,
1871                                  ekind->bNEMD, ekind->grpstat, inputrec->opts.acc,
1872                                  inputrec->opts.nFreeze,
1873                                  md->invmass, md->ptype,
1874                                  md->cFREEZE, md->cACC, md->cTC,
1875                                  state->x, xprime, state->v, force, M,
1876                                  bNH, bPR);
1877                 }
1878                 else
1879                 {
1880                     do_update_visc(start_th, end_th, dt,
1881                                    ekind->tcstat, state->nosehoover_vxi,
1882                                    md->invmass, md->ptype,
1883                                    md->cTC, state->x, xprime, state->v, force, M,
1884                                    state->box,
1885                                    ekind->cosacc.cos_accel,
1886                                    ekind->cosacc.vcos,
1887                                    bNH, bPR);
1888                 }
1889                 break;
1890             case (eiSD1):
1891                 do_update_sd1(upd->sd,
1892                               start_th, end_th, dt,
1893                               inputrec->opts.acc, inputrec->opts.nFreeze,
1894                               md->invmass, md->ptype,
1895                               md->cFREEZE, md->cACC, md->cTC,
1896                               state->x, xprime, state->v, force,
1897                               inputrec->opts.ngtc, inputrec->opts.tau_t, inputrec->opts.ref_t,
1898                               step, inputrec->ld_seed, DOMAINDECOMP(cr) ? cr->dd->gatindex : NULL);
1899                 break;
1900             case (eiSD2):
1901                 /* The SD update is done in 2 parts, because an extra constraint step
1902                  * is needed
1903                  */
1904                 do_update_sd2(upd->sd,
1905                               bInitStep, start_th, end_th,
1906                               inputrec->opts.acc, inputrec->opts.nFreeze,
1907                               md->invmass, md->ptype,
1908                               md->cFREEZE, md->cACC, md->cTC,
1909                               state->x, xprime, state->v, force, state->sd_X,
1910                               inputrec->opts.tau_t,
1911                               TRUE, step, inputrec->ld_seed,
1912                               DOMAINDECOMP(cr) ? cr->dd->gatindex : NULL);
1913                 break;
1914             case (eiBD):
1915                 do_update_bd(start_th, end_th, dt,
1916                              inputrec->opts.nFreeze, md->invmass, md->ptype,
1917                              md->cFREEZE, md->cTC,
1918                              state->x, xprime, state->v, force,
1919                              inputrec->bd_fric,
1920                              upd->sd->bd_rf,
1921                              step, inputrec->ld_seed, DOMAINDECOMP(cr) ? cr->dd->gatindex : NULL);
1922                 break;
1923             case (eiVV):
1924             case (eiVVAK):
1925                 alpha = 1.0 + DIM/((double)inputrec->opts.nrdf[0]); /* assuming barostat coupled to group 0. */
1926                 switch (UpdatePart)
1927                 {
1928                     case etrtVELOCITY1:
1929                     case etrtVELOCITY2:
1930                         do_update_vv_vel(start_th, end_th, dt,
1931                                          inputrec->opts.acc, inputrec->opts.nFreeze,
1932                                          md->invmass, md->ptype,
1933                                          md->cFREEZE, md->cACC,
1934                                          state->v, force,
1935                                          (bNH || bPR), state->veta, alpha);
1936                         break;
1937                     case etrtPOSITION:
1938                         do_update_vv_pos(start_th, end_th, dt,
1939                                          inputrec->opts.nFreeze,
1940                                          md->ptype, md->cFREEZE,
1941                                          state->x, xprime, state->v,
1942                                          (bNH || bPR), state->veta);
1943                         break;
1944                 }
1945                 break;
1946             default:
1947                 gmx_fatal(FARGS, "Don't know how to update coordinates");
1948                 break;
1949         }
1950     }
1951
1952 }
1953
1954
1955 void correct_ekin(FILE *log, int start, int end, rvec v[], rvec vcm, real mass[],
1956                   real tmass, tensor ekin)
1957 {
1958     /*
1959      * This is a debugging routine. It should not be called for production code
1960      *
1961      * The kinetic energy should calculated according to:
1962      *   Ekin = 1/2 m (v-vcm)^2
1963      * However the correction is not always applied, since vcm may not be
1964      * known in time and we compute
1965      *   Ekin' = 1/2 m v^2 instead
1966      * This can be corrected afterwards by computing
1967      *   Ekin = Ekin' + 1/2 m ( -2 v vcm + vcm^2)
1968      * or in hsorthand:
1969      *   Ekin = Ekin' - m v vcm + 1/2 m vcm^2
1970      */
1971     int    i, j, k;
1972     real   m, tm;
1973     rvec   hvcm, mv;
1974     tensor dekin;
1975
1976     /* Local particles */
1977     clear_rvec(mv);
1978
1979     /* Processor dependent part. */
1980     tm = 0;
1981     for (i = start; (i < end); i++)
1982     {
1983         m      = mass[i];
1984         tm    += m;
1985         for (j = 0; (j < DIM); j++)
1986         {
1987             mv[j] += m*v[i][j];
1988         }
1989     }
1990     /* Shortcut */
1991     svmul(1/tmass, vcm, vcm);
1992     svmul(0.5, vcm, hvcm);
1993     clear_mat(dekin);
1994     for (j = 0; (j < DIM); j++)
1995     {
1996         for (k = 0; (k < DIM); k++)
1997         {
1998             dekin[j][k] += vcm[k]*(tm*hvcm[j]-mv[j]);
1999         }
2000     }
2001     pr_rvecs(log, 0, "dekin", dekin, DIM);
2002     pr_rvecs(log, 0, " ekin", ekin, DIM);
2003     fprintf(log, "dekin = %g, ekin = %g  vcm = (%8.4f %8.4f %8.4f)\n",
2004             trace(dekin), trace(ekin), vcm[XX], vcm[YY], vcm[ZZ]);
2005     fprintf(log, "mv = (%8.4f %8.4f %8.4f)\n",
2006             mv[XX], mv[YY], mv[ZZ]);
2007 }
2008
2009 extern gmx_bool update_randomize_velocities(t_inputrec *ir, gmx_int64_t step, const t_commrec *cr,
2010                                             t_mdatoms *md, t_state *state, gmx_update_t upd, gmx_constr_t constr)
2011 {
2012
2013     int  i;
2014     real rate = (ir->delta_t)/ir->opts.tau_t[0];
2015
2016     if (ir->etc == etcANDERSEN && constr != NULL)
2017     {
2018         gmx_fatal(FARGS, "Normal Andersen is currently not supported with constraints, use massive Andersen instead");
2019     }
2020
2021     /* proceed with andersen if 1) it's fixed probability per
2022        particle andersen or 2) it's massive andersen and it's tau_t/dt */
2023     if ((ir->etc == etcANDERSEN) || do_per_step(step, (int)(1.0/rate)))
2024     {
2025         andersen_tcoupl(ir, step, cr, md, state, rate,
2026                         upd->sd->randomize_group, upd->sd->boltzfac);
2027         return TRUE;
2028     }
2029     return FALSE;
2030 }