src/gromacs/mdlib/update.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
   5  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team.
   6  * Copyright (c) 2013,2014,2015,2016,2017,2018, 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 #ifndef GMX_MDLIB_UPDATE_H
  38 #define GMX_MDLIB_UPDATE_H
  39
  40 #include "gromacs/math/paddedvector.h"
  41 #include "gromacs/math/vectypes.h"
  42 #include "gromacs/timing/wallcycle.h"
  43 #include "gromacs/utility/arrayref.h"
  44 #include "gromacs/utility/basedefinitions.h"
  45 #include "gromacs/utility/real.h"
  46
  47 class ekinstate_t;
  48 struct gmx_ekindata_t;
  49 struct gmx_enerdata_t;
  50 struct gmx_multisim_t;
  51 struct t_extmass;
  52 struct t_fcdata;
  53 struct t_graph;
  54 struct t_grpopts;
  55 struct t_idef;
  56 struct t_inputrec;
  57 struct t_mdatoms;
  58 struct t_nrnb;
  59 class t_state;
  60
  61 /* Abstract type for update */
  62 struct gmx_update_t;
  63
  64 namespace gmx
  65 {
  66 class Constraints;
  67 }
  68
  69 /* Initialize the stochastic dynamics struct */
  70 gmx_update_t *init_update(const t_inputrec *ir);
  71
  72 /* Update pre-computed constants that depend on the reference
  73  * temperature for coupling.
  74  *
  75  * This could change e.g. in simulated annealing. */
  76 void update_temperature_constants(gmx_update_t *upd, const t_inputrec *ir);
  77
  78 /* Update the size of per-atom arrays (e.g. after DD re-partitioning,
  79    which might increase the number of home atoms). */
  80 void update_realloc(gmx_update_t *upd, int natoms);
  81
  82 /* Store the box at step step
  83  * as a reference state for simulations with box deformation.
  84  */
  85 void set_deform_reference_box(gmx_update_t *upd,
  86                               gmx_int64_t step, matrix box);
  87
  88 void update_tcouple(gmx_int64_t       step,
  89                     t_inputrec       *inputrec,
  90                     t_state          *state,
  91                     gmx_ekindata_t   *ekind,
  92                     t_extmass        *MassQ,
  93                     t_mdatoms        *md
  94                     );
  95
  96 /* Update Parrinello-Rahman, to be called before the coordinate update */
  97 void update_pcouple_before_coordinates(FILE             *fplog,
  98                                        gmx_int64_t       step,
  99                                        const t_inputrec *inputrec,
 100                                        t_state          *state,
 101                                        matrix            parrinellorahmanMu,
 102                                        matrix            M,
 103                                        gmx_bool          bInitStep);
 104
 105 /* Update the box, to be called after the coordinate update.
 106  * For Berendsen P-coupling, also calculates the scaling factor
 107  * and scales the coordinates.
 108  * When the deform option is used, scales coordinates and box here.
 109  */
 110 void update_pcouple_after_coordinates(FILE             *fplog,
 111                                       gmx_int64_t       step,
 112                                       const t_inputrec *inputrec,
 113                                       const t_mdatoms  *md,
 114                                       const matrix      pressure,
 115                                       const matrix      forceVirial,
 116                                       const matrix      constraintVirial,
 117                                       const matrix      parrinellorahmanMu,
 118                                       t_state          *state,
 119                                       t_nrnb           *nrnb,
 120                                       gmx_update_t     *upd);
 121
 122 void update_coords(gmx_int64_t                    step,
 123                    t_inputrec                    *inputrec, /* input record and box stuff       */
 124                    t_mdatoms                     *md,
 125                    t_state                       *state,
 126                    gmx::PaddedArrayRef<gmx::RVec> f, /* forces on home particles */
 127                    t_fcdata                      *fcd,
 128                    gmx_ekindata_t                *ekind,
 129                    matrix                         M,
 130                    gmx_update_t                  *upd,
 131                    int                            bUpdatePart,
 132                    const t_commrec               *cr, /* these shouldn't be here -- need to think about it */
 133                    gmx::Constraints              *constr);
 134
 135 /* Return TRUE if OK, FALSE in case of Shake Error */
 136
 137 extern gmx_bool update_randomize_velocities(t_inputrec *ir, gmx_int64_t step, const t_commrec *cr, t_mdatoms *md, t_state *state, gmx_update_t *upd, gmx::Constraints *constr);
 138
 139 void update_constraints(gmx_int64_t              step,
 140                         real                    *dvdlambda, /* FEP stuff */
 141                         const t_inputrec        *inputrec,  /* input record and box stuff       */
 142                         t_mdatoms               *md,
 143                         t_state                 *state,
 144                         gmx_bool                 bMolPBC,
 145                         t_graph                 *graph,
 146                         gmx::ArrayRef<gmx::RVec> force, /* forces on home particles */
 147                         t_idef                  *idef,
 148                         tensor                   vir_part,
 149                         const t_commrec         *cr,
 150                         const gmx_multisim_t    *ms,
 151                         t_nrnb                  *nrnb,
 152                         gmx_wallcycle_t          wcycle,
 153                         gmx_update_t            *upd,
 154                         gmx::Constraints        *constr,
 155                         gmx_bool                 bFirstHalf,
 156                         gmx_bool                 bCalcVir);
 157
 158 /* Return TRUE if OK, FALSE in case of Shake Error */
 159
 160 void calc_ke_part(t_state *state, t_grpopts *opts, t_mdatoms *md,
 161                   gmx_ekindata_t *ekind, t_nrnb *nrnb, gmx_bool bEkinAveVel);
 162 /*
 163  * Compute the partial kinetic energy for home particles;
 164  * will be accumulated in the calling routine.
 165  * The tensor is
 166  *
 167  * Ekin = SUM(i) 0.5 m[i] v[i] (x) v[i]
 168  *
 169  *     use v[i] = v[i] - u[i] when calculating temperature
 170  *
 171  * u must be accumulated already.
 172  *
 173  * Now also computes the contribution of the kinetic energy to the
 174  * free energy
 175  *
 176  */
 177
 178
 179 void
 180 init_ekinstate(ekinstate_t *ekinstate, const t_inputrec *ir);
 181
 182 void
 183 update_ekinstate(ekinstate_t *ekinstate, gmx_ekindata_t *ekind);
 184
 185 /*! \brief Restores data from \p ekinstate to \p ekind, then broadcasts it
 186    to the rest of the simulation */
 187 void
 188 restore_ekinstate_from_state(const t_commrec *cr,
 189                              gmx_ekindata_t *ekind, const ekinstate_t *ekinstate);
 190
 191 void berendsen_tcoupl(const t_inputrec *ir, const gmx_ekindata_t *ekind, real dt,
 192                       std::vector<double> &therm_integral);
 193
 194 void andersen_tcoupl(t_inputrec *ir, gmx_int64_t step,
 195                      const t_commrec *cr, const t_mdatoms *md, t_state *state, real rate, const gmx_bool *randomize, const real *boltzfac);
 196
 197 void nosehoover_tcoupl(t_grpopts *opts, gmx_ekindata_t *ekind, real dt,
 198                        double xi[], double vxi[], t_extmass *MassQ);
 199
 200 void trotter_update(t_inputrec *ir, gmx_int64_t step, gmx_ekindata_t *ekind,
 201                     gmx_enerdata_t *enerd, t_state *state, tensor vir, t_mdatoms *md,
 202                     t_extmass *MassQ, int **trotter_seqlist, int trotter_seqno);
 203
 204 int **init_npt_vars(t_inputrec *ir, t_state *state, t_extmass *Mass, gmx_bool bTrotter);
 205
 206 real NPT_energy(const t_inputrec *ir, const t_state *state, const t_extmass *MassQ);
 207 /* computes all the pressure/tempertature control energy terms to get a conserved energy */
 208
 209 void NBaroT_trotter(t_grpopts *opts, real dt,
 210                     double xi[], double vxi[], real *veta, t_extmass *MassQ);
 211
 212 void vrescale_tcoupl(t_inputrec *ir, gmx_int64_t step,
 213                      gmx_ekindata_t *ekind, real dt,
 214                      double therm_integral[]);
 215 /* Compute temperature scaling. For V-rescale it is done in update. */
 216
 217 void rescale_velocities(gmx_ekindata_t *ekind, t_mdatoms *mdatoms,
 218                         int start, int end, rvec v[]);
 219 /* Rescale the velocities with the scaling factor in ekind */
 220
 221 void update_annealing_target_temp(t_inputrec *ir, real t, gmx_update_t *upd);
 222 /* Set reference temp for simulated annealing at time t*/
 223
 224 real calc_temp(real ekin, real nrdf);
 225 /* Calculate the temperature */
 226
 227 real calc_pres(int ePBC, int nwall, matrix box, tensor ekin, tensor vir,
 228                tensor pres);
 229 /* Calculate the pressure tensor, returns the scalar pressure.
 230  * The unit of pressure is bar.
 231  */
 232
 233 void parrinellorahman_pcoupl(FILE *fplog, gmx_int64_t step,
 234                              const t_inputrec *ir, real dt, const tensor pres,
 235                              tensor box, tensor box_rel, tensor boxv,
 236                              tensor M, matrix mu,
 237                              gmx_bool bFirstStep);
 238
 239 void berendsen_pcoupl(FILE *fplog, gmx_int64_t step,
 240                       const t_inputrec *ir, real dt,
 241                       const tensor pres, const matrix box,
 242                       const matrix force_vir, const matrix constraint_vir,
 243                       matrix mu, double *baros_integral);
 244
 245 void berendsen_pscale(const t_inputrec *ir, const matrix mu,
 246                       matrix box, matrix box_rel,
 247                       int start, int nr_atoms,
 248                       rvec x[], const unsigned short cFREEZE[],
 249                       t_nrnb *nrnb);
 250
 251 void correct_ekin(FILE *log, int start, int end, rvec v[],
 252                   rvec vcm, real mass[], real tmass, tensor ekin);
 253 /* Correct ekin for vcm */
 254
 255 #endif