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 t_extmass;
  51 struct t_fcdata;
  52 struct t_graph;
  53 struct t_grpopts;
  54 struct t_inputrec;
  55 struct t_mdatoms;
  56 struct t_nrnb;
  57 class t_state;
  58
  59 /* Abstract type for update */
  60 struct gmx_update_t;
  61
  62 namespace gmx
  63 {
  64 class Constraints;
  65 }
  66
  67 /* Initialize the stochastic dynamics struct */
  68 gmx_update_t *init_update(const t_inputrec *ir);
  69
  70 /* Update pre-computed constants that depend on the reference
  71  * temperature for coupling.
  72  *
  73  * This could change e.g. in simulated annealing. */
  74 void update_temperature_constants(gmx_update_t *upd, const t_inputrec *ir);
  75
  76 /* Update the size of per-atom arrays (e.g. after DD re-partitioning,
  77    which might increase the number of home atoms). */
  78 void update_realloc(gmx_update_t *upd, int natoms);
  79
  80 /* Store the box at step step
  81  * as a reference state for simulations with box deformation.
  82  */
  83 void set_deform_reference_box(gmx_update_t *upd,
  84                               gmx_int64_t step, matrix box);
  85
  86 void update_tcouple(gmx_int64_t       step,
  87                     t_inputrec       *inputrec,
  88                     t_state          *state,
  89                     gmx_ekindata_t   *ekind,
  90                     t_extmass        *MassQ,
  91                     t_mdatoms        *md
  92                     );
  93
  94 /* Update Parrinello-Rahman, to be called before the coordinate update */
  95 void update_pcouple_before_coordinates(FILE             *fplog,
  96                                        gmx_int64_t       step,
  97                                        const t_inputrec *inputrec,
  98                                        t_state          *state,
  99                                        matrix            parrinellorahmanMu,
 100                                        matrix            M,
 101                                        gmx_bool          bInitStep);
 102
 103 /* Update the box, to be called after the coordinate update.
 104  * For Berendsen P-coupling, also calculates the scaling factor
 105  * and scales the coordinates.
 106  * When the deform option is used, scales coordinates and box here.
 107  */
 108 void update_pcouple_after_coordinates(FILE             *fplog,
 109                                       gmx_int64_t       step,
 110                                       const t_inputrec *inputrec,
 111                                       const t_mdatoms  *md,
 112                                       const matrix      pressure,
 113                                       const matrix      forceVirial,
 114                                       const matrix      constraintVirial,
 115                                       const matrix      parrinellorahmanMu,
 116                                       t_state          *state,
 117                                       t_nrnb           *nrnb,
 118                                       gmx_update_t     *upd);
 119
 120 void update_coords(gmx_int64_t                    step,
 121                    t_inputrec                    *inputrec, /* input record and box stuff       */
 122                    t_mdatoms                     *md,
 123                    t_state                       *state,
 124                    gmx::PaddedArrayRef<gmx::RVec> f, /* forces on home particles */
 125                    t_fcdata                      *fcd,
 126                    gmx_ekindata_t                *ekind,
 127                    matrix                         M,
 128                    gmx_update_t                  *upd,
 129                    int                            bUpdatePart,
 130                    const t_commrec               *cr, /* these shouldn't be here -- need to think about it */
 131                    gmx::Constraints              *constr);
 132
 133 /* Return TRUE if OK, FALSE in case of Shake Error */
 134
 135 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);
 136
 137 void constrain_velocities(gmx_int64_t                    step,
 138                           real                          *dvdlambda, /* the contribution to be added to the bonded interactions */
 139                           t_state                       *state,
 140                           tensor                         vir_part,
 141                           gmx_wallcycle_t                wcycle,
 142                           gmx::Constraints              *constr,
 143                           gmx_bool                       bCalcVir,
 144                           bool                           do_log,
 145                           bool                           do_ene);
 146
 147 void constrain_coordinates(gmx_int64_t                    step,
 148                            real                          *dvdlambda, /* the contribution to be added to the bonded interactions */
 149                            t_state                       *state,
 150                            tensor                         vir_part,
 151                            gmx_wallcycle_t                wcycle,
 152                            gmx_update_t                  *upd,
 153                            gmx::Constraints              *constr,
 154                            gmx_bool                       bCalcVir,
 155                            bool                           do_log,
 156                            bool                           do_ene);
 157
 158 void update_sd_second_half(gmx_int64_t                    step,
 159                            real                          *dvdlambda, /* the contribution to be added to the bonded interactions */
 160                            const t_inputrec              *inputrec,  /* input record and box stuff */
 161                            t_mdatoms                     *md,
 162                            t_state                       *state,
 163                            const t_commrec               *cr,
 164                            t_nrnb                        *nrnb,
 165                            gmx_wallcycle_t                wcycle,
 166                            gmx_update_t                  *upd,
 167                            gmx::Constraints              *constr,
 168                            bool                           do_log,
 169                            bool                           do_ene);
 170
 171 void finish_update(const t_inputrec              *inputrec,
 172                    t_mdatoms                     *md,
 173                    t_state                       *state,
 174                    t_graph                       *graph,
 175                    t_nrnb                        *nrnb,
 176                    gmx_wallcycle_t                wcycle,
 177                    gmx_update_t                  *upd,
 178                    gmx::Constraints              *constr);
 179
 180 /* Return TRUE if OK, FALSE in case of Shake Error */
 181
 182 void calc_ke_part(t_state *state, t_grpopts *opts, t_mdatoms *md,
 183                   gmx_ekindata_t *ekind, t_nrnb *nrnb, gmx_bool bEkinAveVel);
 184 /*
 185  * Compute the partial kinetic energy for home particles;
 186  * will be accumulated in the calling routine.
 187  * The tensor is
 188  *
 189  * Ekin = SUM(i) 0.5 m[i] v[i] (x) v[i]
 190  *
 191  *     use v[i] = v[i] - u[i] when calculating temperature
 192  *
 193  * u must be accumulated already.
 194  *
 195  * Now also computes the contribution of the kinetic energy to the
 196  * free energy
 197  *
 198  */
 199
 200
 201 void
 202 init_ekinstate(ekinstate_t *ekinstate, const t_inputrec *ir);
 203
 204 void
 205 update_ekinstate(ekinstate_t *ekinstate, gmx_ekindata_t *ekind);
 206
 207 /*! \brief Restores data from \p ekinstate to \p ekind, then broadcasts it
 208    to the rest of the simulation */
 209 void
 210 restore_ekinstate_from_state(const t_commrec *cr,
 211                              gmx_ekindata_t *ekind, const ekinstate_t *ekinstate);
 212
 213 void berendsen_tcoupl(const t_inputrec *ir, const gmx_ekindata_t *ekind, real dt,
 214                       std::vector<double> &therm_integral);
 215
 216 void andersen_tcoupl(t_inputrec *ir, gmx_int64_t step,
 217                      const t_commrec *cr, const t_mdatoms *md, t_state *state, real rate, const gmx_bool *randomize, const real *boltzfac);
 218
 219 void nosehoover_tcoupl(t_grpopts *opts, gmx_ekindata_t *ekind, real dt,
 220                        double xi[], double vxi[], t_extmass *MassQ);
 221
 222 void trotter_update(t_inputrec *ir, gmx_int64_t step, gmx_ekindata_t *ekind,
 223                     gmx_enerdata_t *enerd, t_state *state, tensor vir, t_mdatoms *md,
 224                     t_extmass *MassQ, int **trotter_seqlist, int trotter_seqno);
 225
 226 int **init_npt_vars(t_inputrec *ir, t_state *state, t_extmass *Mass, gmx_bool bTrotter);
 227
 228 real NPT_energy(const t_inputrec *ir, const t_state *state, const t_extmass *MassQ);
 229 /* computes all the pressure/tempertature control energy terms to get a conserved energy */
 230
 231 void NBaroT_trotter(t_grpopts *opts, real dt,
 232                     double xi[], double vxi[], real *veta, t_extmass *MassQ);
 233
 234 void vrescale_tcoupl(t_inputrec *ir, gmx_int64_t step,
 235                      gmx_ekindata_t *ekind, real dt,
 236                      double therm_integral[]);
 237 /* Compute temperature scaling. For V-rescale it is done in update. */
 238
 239 void rescale_velocities(gmx_ekindata_t *ekind, t_mdatoms *mdatoms,
 240                         int start, int end, rvec v[]);
 241 /* Rescale the velocities with the scaling factor in ekind */
 242
 243 void update_annealing_target_temp(t_inputrec *ir, real t, gmx_update_t *upd);
 244 /* Set reference temp for simulated annealing at time t*/
 245
 246 real calc_temp(real ekin, real nrdf);
 247 /* Calculate the temperature */
 248
 249 real calc_pres(int ePBC, int nwall, matrix box, tensor ekin, tensor vir,
 250                tensor pres);
 251 /* Calculate the pressure tensor, returns the scalar pressure.
 252  * The unit of pressure is bar.
 253  */
 254
 255 void parrinellorahman_pcoupl(FILE *fplog, gmx_int64_t step,
 256                              const t_inputrec *ir, real dt, const tensor pres,
 257                              tensor box, tensor box_rel, tensor boxv,
 258                              tensor M, matrix mu,
 259                              gmx_bool bFirstStep);
 260
 261 void berendsen_pcoupl(FILE *fplog, gmx_int64_t step,
 262                       const t_inputrec *ir, real dt,
 263                       const tensor pres, const matrix box,
 264                       const matrix force_vir, const matrix constraint_vir,
 265                       matrix mu, double *baros_integral);
 266
 267 void berendsen_pscale(const t_inputrec *ir, const matrix mu,
 268                       matrix box, matrix box_rel,
 269                       int start, int nr_atoms,
 270                       rvec x[], const unsigned short cFREEZE[],
 271                       t_nrnb *nrnb);
 272
 273 void correct_ekin(FILE *log, int start, int end, rvec v[],
 274                   rvec vcm, real mass[], real tmass, tensor ekin);
 275 /* Correct ekin for vcm */
 276
 277 #endif