Enforced rotation
[alexxy/gromacs.git] / src / kernel / grompp.c
1 /*  -*- mode: c; tab-width: 4; indent-tabs-mode: nil; c-basic-offset: 4; c-file-style: "stroustrup"; -*-
2  *
3  * 
4  *                This source code is part of
5  * 
6  *                 G   R   O   M   A   C   S
7  * 
8  *          GROningen MAchine for Chemical Simulations
9  * 
10  *                        VERSION 3.2.03
11  * Written by David van der Spoel, Erik Lindahl, Berk Hess, and others.
12  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
13  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team,
14  * check out http://www.gromacs.org for more information.
15
16  * This program is free software; you can redistribute it and/or
17  * modify it under the terms of the GNU General Public License
18  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
19  * of the License, or (at your option) any later version.
20  * 
21  * If you want to redistribute modifications, please consider that
22  * scientific software is very special. Version control is crucial -
23  * bugs must be traceable. We will be happy to consider code for
24  * inclusion in the official distribution, but derived work must not
25  * be called official GROMACS. Details are found in the README & COPYING
26  * files - if they are missing, get the official version at www.gromacs.org.
27  * 
28  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
29  * the papers on the package - you can find them in the top README file.
30  * 
31  * For more info, check our website at http://www.gromacs.org
32  * 
33  * And Hey:
34  * Gallium Rubidium Oxygen Manganese Argon Carbon Silicon
35  */
36 #ifdef HAVE_CONFIG_H
37 #include <config.h>
38 #endif
39
40 #include <sys/types.h>
41 #include <math.h>
42 #include <string.h>
43 #include <errno.h>
44 #include <limits.h>
45
46 #include "sysstuff.h"
47 #include "smalloc.h"
48 #include "macros.h"
49 #include "string2.h"
50 #include "readir.h"
51 #include "toputil.h"
52 #include "topio.h"
53 #include "confio.h"
54 #include "copyrite.h"
55 #include "readir.h"
56 #include "symtab.h"
57 #include "names.h"
58 #include "grompp.h"
59 #include "random.h"
60 #include "vec.h"
61 #include "futil.h"
62 #include "statutil.h"
63 #include "splitter.h"
64 #include "sortwater.h"
65 #include "convparm.h"
66 #include "gmx_fatal.h"
67 #include "warninp.h"
68 #include "index.h"
69 #include "gmxfio.h"
70 #include "trnio.h"
71 #include "tpxio.h"
72 #include "vsite_parm.h"
73 #include "txtdump.h"
74 #include "calcgrid.h"
75 #include "add_par.h"
76 #include "enxio.h"
77 #include "perf_est.h"
78 #include "compute_io.h"
79 #include "gpp_atomtype.h"
80 #include "gpp_tomorse.h"
81 #include "mtop_util.h"
82 #include "genborn.h"
83
84 static int rm_interactions(int ifunc,int nrmols,t_molinfo mols[])
85 {
86   int  i,n;
87   
88   n=0;
89   /* For all the molecule types */
90   for(i=0; i<nrmols; i++) {
91     n += mols[i].plist[ifunc].nr;
92     mols[i].plist[ifunc].nr=0;
93   }
94   return n;
95 }
96
97 static int check_atom_names(const char *fn1, const char *fn2, 
98                             gmx_mtop_t *mtop, t_atoms *at)
99 {
100   int mb,m,i,j,nmismatch;
101   t_atoms *tat;
102 #define MAXMISMATCH 20
103
104   if (mtop->natoms != at->nr)
105     gmx_incons("comparing atom names");
106   
107   nmismatch=0;
108   i = 0;
109   for(mb=0; mb<mtop->nmolblock; mb++) {
110     tat = &mtop->moltype[mtop->molblock[mb].type].atoms;
111     for(m=0; m<mtop->molblock[mb].nmol; m++) {
112       for(j=0; j < tat->nr; j++) {
113         if (strcmp( *(tat->atomname[j]) , *(at->atomname[i]) ) != 0) {
114           if (nmismatch < MAXMISMATCH) {
115             fprintf(stderr,
116                     "Warning: atom name %d in %s and %s does not match (%s - %s)\n",
117                     i+1, fn1, fn2, *(tat->atomname[j]), *(at->atomname[i]));
118           } else if (nmismatch == MAXMISMATCH) {
119             fprintf(stderr,"(more than %d non-matching atom names)\n",MAXMISMATCH);
120           }
121           nmismatch++;
122         }
123         i++;
124       }
125     }
126   }
127
128   return nmismatch;
129 }
130
131 static void check_eg_vs_cg(gmx_mtop_t *mtop)
132 {
133   int astart,mb,m,cg,j,firstj;
134   unsigned char firsteg,eg;
135   gmx_moltype_t *molt;
136   
137   /* Go through all the charge groups and make sure all their
138    * atoms are in the same energy group.
139    */
140   
141   astart = 0;
142   for(mb=0; mb<mtop->nmolblock; mb++) {
143     molt = &mtop->moltype[mtop->molblock[mb].type];
144     for(m=0; m<mtop->molblock[mb].nmol; m++) {
145       for(cg=0; cg<molt->cgs.nr;cg++) {
146         /* Get the energy group of the first atom in this charge group */
147         firstj = astart + molt->cgs.index[cg];
148         firsteg = ggrpnr(&mtop->groups,egcENER,firstj);
149         for(j=molt->cgs.index[cg]+1;j<molt->cgs.index[cg+1];j++) {
150           eg = ggrpnr(&mtop->groups,egcENER,astart+j);
151           if(eg != firsteg) {
152             gmx_fatal(FARGS,"atoms %d and %d in charge group %d of molecule type '%s' are in different energy groups",
153                       firstj+1,astart+j+1,cg+1,*molt->name);
154           }
155         }
156       }
157       astart += molt->atoms.nr;
158     }
159   }  
160 }
161
162 static void check_cg_sizes(const char *topfn,t_block *cgs,warninp_t wi)
163 {
164     int  maxsize,cg;
165     char warn_buf[STRLEN];
166
167     maxsize = 0;
168     for(cg=0; cg<cgs->nr; cg++)
169     {
170         maxsize = max(maxsize,cgs->index[cg+1]-cgs->index[cg]);
171     }
172     
173     if (maxsize > MAX_CHARGEGROUP_SIZE)
174     {
175         gmx_fatal(FARGS,"The largest charge group contains %d atoms. The maximum is %d.",maxsize,MAX_CHARGEGROUP_SIZE);
176     }
177     else if (maxsize > 10)
178     {
179         set_warning_line(wi,topfn,-1);
180         sprintf(warn_buf,
181                 "The largest charge group contains %d atoms.\n"
182                 "Since atoms only see each other when the centers of geometry of the charge groups they belong to are within the cut-off distance, too large charge groups can lead to serious cut-off artifacts.\n"
183                 "For efficiency and accuracy, charge group should consist of a few atoms.\n"
184                 "For all-atom force fields use: CH3, CH2, CH, NH2, NH, OH, CO2, CO, etc.",
185                 maxsize);
186         warning_note(wi,warn_buf);
187     }
188 }
189
190 static void check_bonds_timestep(gmx_mtop_t *mtop,double dt,warninp_t wi)
191 {
192     /* This check is not intended to ensure accurate integration,
193      * rather it is to signal mistakes in the mdp settings.
194      * A common mistake is to forget to turn on constraints
195      * for MD after energy minimization with flexible bonds.
196      * This check can also detect too large time steps for flexible water
197      * models, but such errors will often be masked by the constraints
198      * mdp options, which turns flexible water into water with bond constraints,
199      * but without an angle constraint. Unfortunately such incorrect use
200      * of water models can not easily be detected without checking
201      * for specific model names.
202      *
203      * The stability limit of leap-frog or velocity verlet is 4.44 steps
204      * per oscillational period.
205      * But accurate bonds distributions are lost far before that limit.
206      * To allow relatively common schemes (although not common with Gromacs)
207      * of dt=1 fs without constraints and dt=2 fs with only H-bond constraints
208      * we set the note limit to 10.
209      */
210     int       min_steps_warn=5;
211     int       min_steps_note=10;
212     t_iparams *ip;
213     int       molt;
214     gmx_moltype_t *moltype,*w_moltype;
215     t_atom    *atom;
216     t_ilist   *ilist,*ilb,*ilc,*ils;
217     int       ftype;
218     int       i,a1,a2,w_a1,w_a2,j;
219     real      twopi2,limit2,fc,re,m1,m2,period2,w_period2;
220     gmx_bool  bFound,bWater,bWarn;
221     char      warn_buf[STRLEN];
222
223     ip = mtop->ffparams.iparams;
224
225     twopi2 = sqr(2*M_PI);
226
227     limit2 = sqr(min_steps_note*dt);
228
229     w_a1 = w_a2 = -1;
230     w_period2 = -1.0;
231     
232     w_moltype = NULL;
233     for(molt=0; molt<mtop->nmoltype; molt++)
234     {
235         moltype = &mtop->moltype[molt];
236         atom  = moltype->atoms.atom;
237         ilist = moltype->ilist;
238         ilc = &ilist[F_CONSTR];
239         ils = &ilist[F_SETTLE];
240         for(ftype=0; ftype<F_NRE; ftype++)
241         {
242             if (!(ftype == F_BONDS || ftype == F_G96BONDS || ftype == F_HARMONIC))
243             {
244                 continue;
245             }
246             
247             ilb = &ilist[ftype];
248             for(i=0; i<ilb->nr; i+=3)
249             {
250                 fc = ip[ilb->iatoms[i]].harmonic.krA;
251                 re = ip[ilb->iatoms[i]].harmonic.rA;
252                 if (ftype == F_G96BONDS)
253                 {
254                     /* Convert squared sqaure fc to harmonic fc */
255                     fc = 2*fc*re;
256                 }
257                 a1 = ilb->iatoms[i+1];
258                 a2 = ilb->iatoms[i+2];
259                 m1 = atom[a1].m;
260                 m2 = atom[a2].m;
261                 if (fc > 0 && m1 > 0 && m2 > 0)
262                 {
263                     period2 = twopi2*m1*m2/((m1 + m2)*fc);
264                 }
265                 else
266                 {
267                     period2 = GMX_FLOAT_MAX;
268                 }
269                 if (debug)
270                 {
271                     fprintf(debug,"fc %g m1 %g m2 %g period %g\n",
272                             fc,m1,m2,sqrt(period2));
273                 }
274                 if (period2 < limit2)
275                 {
276                     bFound = FALSE;
277                     for(j=0; j<ilc->nr; j+=3)
278                     {
279                         if ((ilc->iatoms[j+1] == a1 && ilc->iatoms[j+2] == a2) ||
280                             (ilc->iatoms[j+1] == a2 && ilc->iatoms[j+2] == a1))
281                             {
282                                 bFound = TRUE;
283                             }
284                         }
285                     for(j=0; j<ils->nr; j+=2)
286                     {
287                         if ((a1 >= ils->iatoms[j+1] && a1 < ils->iatoms[j+1]+3) &&
288                             (a2 >= ils->iatoms[j+1] && a2 < ils->iatoms[j+1]+3))
289                         {
290                             bFound = TRUE;
291                         }
292                     }
293                     if (!bFound &&
294                         (w_moltype == NULL || period2 < w_period2))
295                     {
296                         w_moltype = moltype;
297                         w_a1      = a1;
298                         w_a2      = a2;
299                         w_period2 = period2;
300                     }
301                 }
302             }
303         }
304     }
305     
306     if (w_moltype != NULL)
307     {
308         bWarn = (w_period2 < sqr(min_steps_warn*dt));
309         /* A check that would recognize most water models */
310         bWater = ((*w_moltype->atoms.atomname[0])[0] == 'O' &&
311                   w_moltype->atoms.nr <= 5);
312         sprintf(warn_buf,"The bond in molecule-type %s between atoms %d %s and %d %s has an estimated oscillational period of %.1e ps, which is less than %d times the time step of %.1e ps.\n"
313                 "%s",
314                 *w_moltype->name,
315                 w_a1+1,*w_moltype->atoms.atomname[w_a1],
316                 w_a2+1,*w_moltype->atoms.atomname[w_a2],
317                 sqrt(w_period2),bWarn ? min_steps_warn : min_steps_note,dt,
318                 bWater ?
319                 "Maybe you asked for fexible water." :
320                 "Maybe you forgot to change the constraints mdp option.");
321         if (bWarn)
322         {
323             warning(wi,warn_buf);
324         }
325         else
326         {
327             warning_note(wi,warn_buf);
328         }
329     }
330 }
331
332 static void check_vel(gmx_mtop_t *mtop,rvec v[])
333 {
334   gmx_mtop_atomloop_all_t aloop;
335   t_atom *atom;
336   int a;
337
338   aloop = gmx_mtop_atomloop_all_init(mtop);
339   while (gmx_mtop_atomloop_all_next(aloop,&a,&atom)) {
340     if (atom->ptype == eptShell ||
341         atom->ptype == eptBond  ||
342         atom->ptype == eptVSite) {
343       clear_rvec(v[a]);
344     }
345   }
346 }
347
348 static gmx_bool nint_ftype(gmx_mtop_t *mtop,t_molinfo *mi,int ftype)
349 {
350   int nint,mb;
351
352   nint = 0;
353   for(mb=0; mb<mtop->nmolblock; mb++) {
354     nint += mtop->molblock[mb].nmol*mi[mtop->molblock[mb].type].plist[ftype].nr;
355   }
356
357   return nint;
358 }
359
360 /* This routine reorders the molecule type array
361  * in the order of use in the molblocks,
362  * unused molecule types are deleted.
363  */
364 static void renumber_moltypes(gmx_mtop_t *sys,
365                               int *nmolinfo,t_molinfo **molinfo)
366 {
367   int *order,norder,i;
368   int mb,mi;
369   t_molinfo *minew;
370
371   snew(order,*nmolinfo);
372   norder = 0;
373   for(mb=0; mb<sys->nmolblock; mb++) {
374     for(i=0; i<norder; i++) {
375       if (order[i] == sys->molblock[mb].type) {
376         break;
377       }
378     }
379     if (i == norder) {
380       /* This type did not occur yet, add it */
381       order[norder] = sys->molblock[mb].type;
382       /* Renumber the moltype in the topology */
383       norder++;
384     }
385     sys->molblock[mb].type = i;
386   }
387   
388   /* We still need to reorder the molinfo structs */
389   snew(minew,norder);
390   for(mi=0; mi<*nmolinfo; mi++) {
391     for(i=0; i<norder; i++) {
392       if (order[i] == mi) {
393         break;
394       }
395     }
396     if (i == norder) {
397       done_mi(&(*molinfo)[mi]);
398     } else {
399       minew[i] = (*molinfo)[mi];
400     }
401   }
402   sfree(*molinfo);
403
404   *nmolinfo = norder;
405   *molinfo  = minew;
406 }
407
408 static void molinfo2mtop(int nmi,t_molinfo *mi,gmx_mtop_t *mtop)
409 {
410   int m;
411   gmx_moltype_t *molt;
412
413   mtop->nmoltype = nmi;
414   snew(mtop->moltype,nmi);
415   for(m=0; m<nmi; m++) {
416     molt = &mtop->moltype[m];
417     molt->name  = mi[m].name;
418     molt->atoms = mi[m].atoms;
419     /* ilists are copied later */
420     molt->cgs   = mi[m].cgs;
421     molt->excls = mi[m].excls;
422   }
423 }
424
425 static void
426 new_status(const char *topfile,const char *topppfile,const char *confin,
427            t_gromppopts *opts,t_inputrec *ir,gmx_bool bZero,
428            gmx_bool bGenVel,gmx_bool bVerbose,t_state *state,
429            gpp_atomtype_t atype,gmx_mtop_t *sys,
430            int *nmi,t_molinfo **mi,t_params plist[],
431            int *comb,double *reppow,real *fudgeQQ,
432            gmx_bool bMorse,
433            warninp_t wi)
434 {
435   t_molinfo   *molinfo=NULL;
436   int         nmolblock;
437   gmx_molblock_t *molblock,*molbs;
438   t_atoms     *confat;
439   int         mb,i,nrmols,nmismatch;
440   char        buf[STRLEN];
441   gmx_bool        bGB=FALSE;
442   char        warn_buf[STRLEN];
443
444   init_mtop(sys);
445
446   /* Set gmx_boolean for GB */
447   if(ir->implicit_solvent)
448     bGB=TRUE;
449   
450   /* TOPOLOGY processing */
451   sys->name = do_top(bVerbose,topfile,topppfile,opts,bZero,&(sys->symtab),
452                      plist,comb,reppow,fudgeQQ,
453                      atype,&nrmols,&molinfo,ir,
454                      &nmolblock,&molblock,bGB,
455                      wi);
456   
457   sys->nmolblock = 0;
458   snew(sys->molblock,nmolblock);
459   
460   sys->natoms = 0;
461   for(mb=0; mb<nmolblock; mb++) {
462     if (sys->nmolblock > 0 &&
463         molblock[mb].type == sys->molblock[sys->nmolblock-1].type) {
464       /* Merge consecutive blocks with the same molecule type */
465       sys->molblock[sys->nmolblock-1].nmol += molblock[mb].nmol;
466       sys->natoms += molblock[mb].nmol*sys->molblock[sys->nmolblock-1].natoms_mol;
467     } else if (molblock[mb].nmol > 0) {
468       /* Add a new molblock to the topology */
469       molbs = &sys->molblock[sys->nmolblock];
470       *molbs = molblock[mb];
471       molbs->natoms_mol = molinfo[molbs->type].atoms.nr;
472       molbs->nposres_xA = 0;
473       molbs->nposres_xB = 0;
474       sys->natoms += molbs->nmol*molbs->natoms_mol;
475       sys->nmolblock++;
476     }
477   }
478   if (sys->nmolblock == 0) {
479     gmx_fatal(FARGS,"No molecules were defined in the system");
480   }
481
482   renumber_moltypes(sys,&nrmols,&molinfo);
483
484   if (bMorse)
485     convert_harmonics(nrmols,molinfo,atype);
486
487   if (ir->eDisre == edrNone) {
488     i = rm_interactions(F_DISRES,nrmols,molinfo);
489     if (i > 0) {
490       set_warning_line(wi,"unknown",-1);
491       sprintf(warn_buf,"disre = no, removed %d distance restraints",i);
492       warning_note(wi,warn_buf);
493     }
494   }
495   if (opts->bOrire == FALSE) {
496     i = rm_interactions(F_ORIRES,nrmols,molinfo);
497     if (i > 0) {
498       set_warning_line(wi,"unknown",-1);
499       sprintf(warn_buf,"orire = no, removed %d orientation restraints",i);
500       warning_note(wi,warn_buf);
501     }
502   }
503   if (opts->bDihre == FALSE) {
504     i = rm_interactions(F_DIHRES,nrmols,molinfo);
505     if (i > 0) {
506       set_warning_line(wi,"unknown",-1);
507       sprintf(warn_buf,"dihre = no, removed %d dihedral restraints",i);
508       warning_note(wi,warn_buf);
509     }
510   }
511   
512   /* Copy structures from msys to sys */
513   molinfo2mtop(nrmols,molinfo,sys);
514
515   gmx_mtop_finalize(sys);
516  
517   /* COORDINATE file processing */
518   if (bVerbose) 
519     fprintf(stderr,"processing coordinates...\n");
520
521   get_stx_coordnum(confin,&state->natoms);
522   if (state->natoms != sys->natoms)
523     gmx_fatal(FARGS,"number of coordinates in coordinate file (%s, %d)\n"
524                 "             does not match topology (%s, %d)",
525               confin,state->natoms,topfile,sys->natoms);
526   else {
527     /* make space for coordinates and velocities */
528     char title[STRLEN];
529     snew(confat,1);
530     init_t_atoms(confat,state->natoms,FALSE);
531     init_state(state,state->natoms,0,0,0);
532     read_stx_conf(confin,title,confat,state->x,state->v,NULL,state->box);
533     /* This call fixes the box shape for runs with pressure scaling */
534     set_box_rel(ir,state);
535
536     nmismatch = check_atom_names(topfile, confin, sys, confat);
537     free_t_atoms(confat,TRUE);
538     sfree(confat);
539     
540     if (nmismatch) {
541       sprintf(buf,"%d non-matching atom name%s\n"
542               "atom names from %s will be used\n"
543               "atom names from %s will be ignored\n",
544               nmismatch,(nmismatch == 1) ? "" : "s",topfile,confin);
545       warning(wi,buf);
546     }    
547     if (bVerbose) 
548       fprintf(stderr,"double-checking input for internal consistency...\n");
549     double_check(ir,state->box,nint_ftype(sys,molinfo,F_CONSTR),wi);
550   }
551
552   if (bGenVel) {
553     real *mass;
554     gmx_mtop_atomloop_all_t aloop;
555     t_atom *atom;
556
557     snew(mass,state->natoms);
558     aloop = gmx_mtop_atomloop_all_init(sys);
559     while (gmx_mtop_atomloop_all_next(aloop,&i,&atom)) {
560       mass[i] = atom->m;
561     }
562
563     if (opts->seed == -1) {
564       opts->seed = make_seed();
565       fprintf(stderr,"Setting gen_seed to %d\n",opts->seed);
566     }
567     maxwell_speed(opts->tempi,opts->seed,sys,state->v);
568
569     stop_cm(stdout,state->natoms,mass,state->x,state->v);
570     sfree(mass);
571   }
572
573   *nmi = nrmols;
574   *mi  = molinfo;
575 }
576
577 static void copy_state(const char *slog,t_trxframe *fr,
578                        gmx_bool bReadVel,t_state *state,
579                        double *use_time)
580 {
581     int i;
582
583     if (fr->not_ok & FRAME_NOT_OK)
584     {
585         gmx_fatal(FARGS,"Can not start from an incomplete frame");
586     }
587     if (!fr->bX)
588     {
589         gmx_fatal(FARGS,"Did not find a frame with coordinates in file %s",
590                   slog);
591     }
592
593     for(i=0; i<state->natoms; i++)
594     {
595         copy_rvec(fr->x[i],state->x[i]);
596     }
597     if (bReadVel)
598     {
599         if (!fr->bV)
600         {
601             gmx_incons("Trajecory frame unexpectedly does not contain velocities");
602         }
603         for(i=0; i<state->natoms; i++)
604         {
605             copy_rvec(fr->v[i],state->v[i]);
606         }
607     }
608     if (fr->bBox)
609     {
610         copy_mat(fr->box,state->box);
611     }
612
613     *use_time = fr->time;
614 }
615
616 static void cont_status(const char *slog,const char *ener,
617                         gmx_bool bNeedVel,gmx_bool bGenVel, real fr_time,
618                         t_inputrec *ir,t_state *state,
619                         gmx_mtop_t *sys,
620                         const output_env_t oenv)
621      /* If fr_time == -1 read the last frame available which is complete */
622 {
623     gmx_bool bReadVel;
624     t_trxframe  fr;
625     t_trxstatus *fp;
626     int i;
627     double use_time;
628
629     bReadVel = (bNeedVel && !bGenVel);
630
631     fprintf(stderr,
632             "Reading Coordinates%s and Box size from old trajectory\n",
633             bReadVel ? ", Velocities" : "");
634     if (fr_time == -1)
635     {
636         fprintf(stderr,"Will read whole trajectory\n");
637     }
638     else
639     {
640         fprintf(stderr,"Will read till time %g\n",fr_time);
641     }
642     if (!bReadVel)
643     {
644         if (bGenVel)
645         {
646             fprintf(stderr,"Velocities generated: "
647                     "ignoring velocities in input trajectory\n");
648         }
649         read_first_frame(oenv,&fp,slog,&fr,TRX_NEED_X);
650     }
651     else
652     {
653         read_first_frame(oenv,&fp,slog,&fr,TRX_NEED_X | TRX_NEED_V);
654         
655         if (!fr.bV)
656         {
657             fprintf(stderr,
658                     "\n"
659                     "WARNING: Did not find a frame with velocities in file %s,\n"
660                     "         all velocities will be set to zero!\n\n",slog);
661             for(i=0; i<sys->natoms; i++)
662             {
663                 clear_rvec(state->v[i]);
664             }
665             close_trj(fp);
666             /* Search for a frame without velocities */
667             bReadVel = FALSE;
668             read_first_frame(oenv,&fp,slog,&fr,TRX_NEED_X);
669         }
670     }
671
672     state->natoms = fr.natoms;
673
674     if (sys->natoms != state->natoms)
675     {
676         gmx_fatal(FARGS,"Number of atoms in Topology "
677                   "is not the same as in Trajectory");
678     }
679     copy_state(slog,&fr,bReadVel,state,&use_time);
680
681     /* Find the appropriate frame */
682     while ((fr_time == -1 || fr.time < fr_time) &&
683            read_next_frame(oenv,fp,&fr))
684     {
685         copy_state(slog,&fr,bReadVel,state,&use_time);
686     }
687   
688     close_trj(fp);
689
690     /* Set the relative box lengths for preserving the box shape.
691      * Note that this call can lead to differences in the last bit
692      * with respect to using tpbconv to create a [TT].tpx[tt] file.
693      */
694     set_box_rel(ir,state);
695
696     fprintf(stderr,"Using frame at t = %g ps\n",use_time);
697     fprintf(stderr,"Starting time for run is %g ps\n",ir->init_t); 
698   
699     if ((ir->epc != epcNO  || ir->etc ==etcNOSEHOOVER) && ener)
700     {
701         get_enx_state(ener,use_time,&sys->groups,ir,state);
702         preserve_box_shape(ir,state->box_rel,state->boxv);
703     }
704 }
705
706 static void read_posres(gmx_mtop_t *mtop,t_molinfo *molinfo,gmx_bool bTopB,
707                         char *fn,
708                         int rc_scaling, int ePBC, 
709                         rvec com,
710                         warninp_t wi)
711 {
712   gmx_bool   bFirst = TRUE;
713   rvec   *x,*v,*xp;
714   dvec   sum;
715   double totmass;
716   t_atoms dumat;
717   matrix box,invbox;
718   int    natoms,npbcdim=0;
719   char   warn_buf[STRLEN],title[STRLEN];
720   int    a,i,ai,j,k,mb,nat_molb;
721   gmx_molblock_t *molb;
722   t_params *pr;
723   t_atom *atom;
724
725   get_stx_coordnum(fn,&natoms);
726   if (natoms != mtop->natoms) {
727     sprintf(warn_buf,"The number of atoms in %s (%d) does not match the number of atoms in the topology (%d). Will assume that the first %d atoms in the topology and %s match.",fn,natoms,mtop->natoms,min(mtop->natoms,natoms),fn);
728     warning(wi,warn_buf);
729   }
730   snew(x,natoms);
731   snew(v,natoms);
732   init_t_atoms(&dumat,natoms,FALSE);
733   read_stx_conf(fn,title,&dumat,x,v,NULL,box);
734   
735   npbcdim = ePBC2npbcdim(ePBC);
736   clear_rvec(com);
737   if (rc_scaling != erscNO) {
738     copy_mat(box,invbox);
739     for(j=npbcdim; j<DIM; j++) {
740       clear_rvec(invbox[j]);
741       invbox[j][j] = 1;
742     }
743     m_inv_ur0(invbox,invbox);
744   }
745
746   /* Copy the reference coordinates to mtop */
747   clear_dvec(sum);
748   totmass = 0;
749   a = 0;
750   for(mb=0; mb<mtop->nmolblock; mb++) {
751     molb = &mtop->molblock[mb];
752     nat_molb = molb->nmol*mtop->moltype[molb->type].atoms.nr;
753     pr = &(molinfo[molb->type].plist[F_POSRES]);
754     if (pr->nr > 0) {
755       atom = mtop->moltype[molb->type].atoms.atom;
756       for(i=0; (i<pr->nr); i++) {
757         ai=pr->param[i].AI;
758         if (ai >= natoms) {
759           gmx_fatal(FARGS,"Position restraint atom index (%d) in moltype '%s' is larger than number of atoms in %s (%d).\n",
760                     ai+1,*molinfo[molb->type].name,fn,natoms);
761         }
762         if (rc_scaling == erscCOM) {
763           /* Determine the center of mass of the posres reference coordinates */
764           for(j=0; j<npbcdim; j++) {
765             sum[j] += atom[ai].m*x[a+ai][j];
766           }
767           totmass  += atom[ai].m;
768         }
769       }
770       if (!bTopB) {
771         molb->nposres_xA = nat_molb;
772         snew(molb->posres_xA,molb->nposres_xA);
773         for(i=0; i<nat_molb; i++) {
774           copy_rvec(x[a+i],molb->posres_xA[i]);
775         }
776       } else {
777         molb->nposres_xB = nat_molb;
778         snew(molb->posres_xB,molb->nposres_xB);
779         for(i=0; i<nat_molb; i++) {
780           copy_rvec(x[a+i],molb->posres_xB[i]);
781         }
782       }
783     }
784     a += nat_molb;
785   }
786   if (rc_scaling == erscCOM) {
787     if (totmass == 0)
788       gmx_fatal(FARGS,"The total mass of the position restraint atoms is 0");
789     for(j=0; j<npbcdim; j++)
790       com[j] = sum[j]/totmass;
791     fprintf(stderr,"The center of mass of the position restraint coord's is %6.3f %6.3f %6.3f\n",com[XX],com[YY],com[ZZ]);
792   }
793
794   if (rc_scaling != erscNO) {
795     for(mb=0; mb<mtop->nmolblock; mb++) {
796       molb = &mtop->molblock[mb];
797       nat_molb = molb->nmol*mtop->moltype[molb->type].atoms.nr;
798       if (molb->nposres_xA > 0 || molb->nposres_xB > 0) {
799         xp = (!bTopB ? molb->posres_xA : molb->posres_xB);
800         for(i=0; i<nat_molb; i++) {
801           for(j=0; j<npbcdim; j++) {
802             if (rc_scaling == erscALL) {
803               /* Convert from Cartesian to crystal coordinates */
804               xp[i][j] *= invbox[j][j];
805               for(k=j+1; k<npbcdim; k++) {
806                 xp[i][j] += invbox[k][j]*xp[i][k];
807               }
808             } else if (rc_scaling == erscCOM) {
809               /* Subtract the center of mass */
810               xp[i][j] -= com[j];
811             }
812           }
813         }
814       }
815     }
816
817     if (rc_scaling == erscCOM) {
818       /* Convert the COM from Cartesian to crystal coordinates */
819       for(j=0; j<npbcdim; j++) {
820         com[j] *= invbox[j][j];
821         for(k=j+1; k<npbcdim; k++) {
822           com[j] += invbox[k][j]*com[k];
823         }
824       }
825     }
826   }
827   
828   free_t_atoms(&dumat,TRUE);
829   sfree(x);
830   sfree(v);
831 }
832
833 static void gen_posres(gmx_mtop_t *mtop,t_molinfo *mi,
834                        char *fnA, char *fnB,
835                        int rc_scaling, int ePBC,
836                        rvec com, rvec comB,
837                        warninp_t wi)
838 {
839   int i,j;
840
841   read_posres  (mtop,mi,FALSE,fnA,rc_scaling,ePBC,com,wi);
842   if (strcmp(fnA,fnB) != 0) {
843       read_posres(mtop,mi,TRUE ,fnB,rc_scaling,ePBC,comB,wi);
844   }
845 }
846
847 static void set_wall_atomtype(gpp_atomtype_t at,t_gromppopts *opts,
848                               t_inputrec *ir)
849 {
850   int i;
851
852   if (ir->nwall > 0)
853     fprintf(stderr,"Searching the wall atom type(s)\n");
854   for(i=0; i<ir->nwall; i++)
855     ir->wall_atomtype[i] = get_atomtype_type(opts->wall_atomtype[i],at);
856 }
857
858 static int nrdf_internal(t_atoms *atoms)
859 {
860   int i,nmass,nrdf;
861
862   nmass = 0;
863   for(i=0; i<atoms->nr; i++) {
864     /* Vsite ptype might not be set here yet, so also check the mass */
865     if ((atoms->atom[i].ptype == eptAtom ||
866          atoms->atom[i].ptype == eptNucleus)
867         && atoms->atom[i].m > 0) {
868       nmass++;
869     }
870   }
871   switch (nmass) {
872   case 0:  nrdf = 0; break;
873   case 1:  nrdf = 0; break;
874   case 2:  nrdf = 1; break;
875   default: nrdf = nmass*3 - 6; break;
876   }
877   
878   return nrdf;
879 }
880
881 void
882 spline1d( double        dx,
883                  double *      y,
884                  int           n,
885                  double *      u,
886                  double *      y2 )
887 {
888     int i;
889     double p,q;
890         
891     y2[0] = 0.0;
892     u[0]  = 0.0;
893         
894     for(i=1;i<n-1;i++)
895     {
896                 p = 0.5*y2[i-1]+2.0;
897         y2[i] = -0.5/p;
898         q = (y[i+1]-2.0*y[i]+y[i-1])/dx;
899                 u[i] = (3.0*q/dx-0.5*u[i-1])/p;
900     }
901         
902     y2[n-1] = 0.0;
903         
904     for(i=n-2;i>=0;i--)
905     {
906         y2[i] = y2[i]*y2[i+1]+u[i];
907     }
908 }
909
910
911 void
912 interpolate1d( double     xmin,
913                           double     dx,
914                           double *   ya,
915                           double *   y2a,
916                           double     x,
917                           double *   y,
918                           double *   y1)
919 {
920     int ix;
921     double a,b;
922         
923     ix = (x-xmin)/dx;
924         
925     a = (xmin+(ix+1)*dx-x)/dx;
926     b = (x-xmin-ix*dx)/dx;
927         
928     *y  = a*ya[ix]+b*ya[ix+1]+((a*a*a-a)*y2a[ix]+(b*b*b-b)*y2a[ix+1])*(dx*dx)/6.0;
929     *y1 = (ya[ix+1]-ya[ix])/dx-(3.0*a*a-1.0)/6.0*dx*y2a[ix]+(3.0*b*b-1.0)/6.0*dx*y2a[ix+1];
930 }
931
932
933 void
934 setup_cmap (int              grid_spacing,
935                         int              nc,
936                         real *           grid ,
937                         gmx_cmap_t *     cmap_grid)
938 {
939         double *tmp_u,*tmp_u2,*tmp_yy,*tmp_y1,*tmp_t2,*tmp_grid;
940         
941     int    i,j,k,ii,jj,kk,idx;
942         int    offset;
943     double dx,xmin,v,v1,v2,v12;
944     double phi,psi;
945         
946         snew(tmp_u,2*grid_spacing);
947         snew(tmp_u2,2*grid_spacing);
948         snew(tmp_yy,2*grid_spacing);
949         snew(tmp_y1,2*grid_spacing);
950         snew(tmp_t2,2*grid_spacing*2*grid_spacing);
951         snew(tmp_grid,2*grid_spacing*2*grid_spacing);
952         
953     dx = 360.0/grid_spacing;
954     xmin = -180.0-dx*grid_spacing/2;
955         
956         for(kk=0;kk<nc;kk++)
957         {
958                 /* Compute an offset depending on which cmap we are using                                 
959                  * Offset will be the map number multiplied with the grid_spacing * grid_spacing * 2      
960                  */
961                 offset = kk * grid_spacing * grid_spacing * 2;
962                 
963                 for(i=0;i<2*grid_spacing;i++)
964                 {
965                         ii=(i+grid_spacing-grid_spacing/2)%grid_spacing;
966                         
967                         for(j=0;j<2*grid_spacing;j++)
968                         {
969                                 jj=(j+grid_spacing-grid_spacing/2)%grid_spacing;
970                                 tmp_grid[i*grid_spacing*2+j] = grid[offset+ii*grid_spacing+jj];
971                         }
972                 }
973                 
974                 for(i=0;i<2*grid_spacing;i++)
975                 {
976                         spline1d(dx,&(tmp_grid[2*grid_spacing*i]),2*grid_spacing,tmp_u,&(tmp_t2[2*grid_spacing*i]));
977                 }
978                 
979                 for(i=grid_spacing/2;i<grid_spacing+grid_spacing/2;i++)
980                 {
981                         ii = i-grid_spacing/2;
982                         phi = ii*dx-180.0;
983                         
984                         for(j=grid_spacing/2;j<grid_spacing+grid_spacing/2;j++)
985                         {
986                                 jj = j-grid_spacing/2;
987                                 psi = jj*dx-180.0;
988                                 
989                                 for(k=0;k<2*grid_spacing;k++)
990                                 {
991                                         interpolate1d(xmin,dx,&(tmp_grid[2*grid_spacing*k]),
992                                                                   &(tmp_t2[2*grid_spacing*k]),psi,&tmp_yy[k],&tmp_y1[k]);
993                                 }
994                                 
995                                 spline1d(dx,tmp_yy,2*grid_spacing,tmp_u,tmp_u2);
996                                 interpolate1d(xmin,dx,tmp_yy,tmp_u2,phi,&v,&v1);
997                                 spline1d(dx,tmp_y1,2*grid_spacing,tmp_u,tmp_u2);
998                                 interpolate1d(xmin,dx,tmp_y1,tmp_u2,phi,&v2,&v12);
999                                 
1000                                 idx = ii*grid_spacing+jj;
1001                                 cmap_grid->cmapdata[kk].cmap[idx*4] = grid[offset+ii*grid_spacing+jj];
1002                                 cmap_grid->cmapdata[kk].cmap[idx*4+1] = v1;
1003                                 cmap_grid->cmapdata[kk].cmap[idx*4+2] = v2;
1004                                 cmap_grid->cmapdata[kk].cmap[idx*4+3] = v12;
1005                         }
1006                 }
1007         }
1008 }                               
1009                                 
1010 void init_cmap_grid(gmx_cmap_t *cmap_grid, int ngrid, int grid_spacing)
1011 {
1012         int i,k,nelem;
1013         
1014         cmap_grid->ngrid        = ngrid;
1015         cmap_grid->grid_spacing = grid_spacing;
1016         nelem                   = cmap_grid->grid_spacing*cmap_grid->grid_spacing;
1017         
1018         snew(cmap_grid->cmapdata,ngrid);
1019         
1020         for(i=0;i<cmap_grid->ngrid;i++)
1021         {
1022                 snew(cmap_grid->cmapdata[i].cmap,4*nelem);
1023         }
1024 }
1025
1026
1027 static int count_constraints(gmx_mtop_t *mtop,t_molinfo *mi,warninp_t wi)
1028 {
1029   int count,count_mol,i,mb;
1030   gmx_molblock_t *molb;
1031   t_params *plist;
1032   char buf[STRLEN];
1033
1034   count = 0;
1035   for(mb=0; mb<mtop->nmolblock; mb++) {
1036     count_mol = 0;
1037     molb  = &mtop->molblock[mb];
1038     plist = mi[molb->type].plist;
1039       
1040     for(i=0; i<F_NRE; i++) {
1041       if (i == F_SETTLE)
1042         count_mol += 3*plist[i].nr;
1043       else if (interaction_function[i].flags & IF_CONSTRAINT)
1044         count_mol += plist[i].nr;
1045     }
1046       
1047     if (count_mol > nrdf_internal(&mi[molb->type].atoms)) {
1048       sprintf(buf,
1049               "Molecule type '%s' has %d constraints.\n"
1050               "For stability and efficiency there should not be more constraints than internal number of degrees of freedom: %d.\n",
1051               *mi[molb->type].name,count_mol,
1052               nrdf_internal(&mi[molb->type].atoms));
1053       warning(wi,buf);
1054     }
1055     count += molb->nmol*count_mol;
1056   }
1057
1058   return count;
1059 }
1060
1061 static void check_gbsa_params_charged(gmx_mtop_t *sys, gpp_atomtype_t atype)
1062 {
1063     int i,nmiss,natoms,mt;
1064     real q;
1065     const t_atoms *atoms;
1066   
1067     nmiss = 0;
1068     for(mt=0;mt<sys->nmoltype;mt++)
1069     {
1070         atoms  = &sys->moltype[mt].atoms;
1071         natoms = atoms->nr;
1072
1073         for(i=0;i<natoms;i++)
1074         {
1075             q = atoms->atom[i].q;
1076             if ((get_atomtype_radius(atoms->atom[i].type,atype)    == 0  ||
1077                  get_atomtype_vol(atoms->atom[i].type,atype)       == 0  ||
1078                  get_atomtype_surftens(atoms->atom[i].type,atype)  == 0  ||
1079                  get_atomtype_gb_radius(atoms->atom[i].type,atype) == 0  ||
1080                  get_atomtype_S_hct(atoms->atom[i].type,atype)     == 0) &&
1081                 q != 0)
1082             {
1083                 fprintf(stderr,"\nGB parameter(s) zero for atom type '%s' while charge is %g\n",
1084                         get_atomtype_name(atoms->atom[i].type,atype),q);
1085                 nmiss++;
1086             }
1087         }
1088     }
1089
1090     if (nmiss > 0)
1091     {
1092         gmx_fatal(FARGS,"Can't do GB electrostatics; the implicit_genborn_params section of the forcefield has parameters with value zero for %d atomtypes that occur as charged atoms.",nmiss);
1093     }
1094 }
1095
1096
1097 static void check_gbsa_params(t_inputrec *ir,gpp_atomtype_t atype)
1098 {
1099     int  nmiss,i;
1100
1101     /* If we are doing GBSA, check that we got the parameters we need
1102      * This checking is to see if there are GBSA paratmeters for all
1103      * atoms in the force field. To go around this for testing purposes
1104      * comment out the nerror++ counter temporarily
1105      */
1106     nmiss = 0;
1107     for(i=0;i<get_atomtype_ntypes(atype);i++)
1108     {
1109         if (get_atomtype_radius(i,atype)    < 0 ||
1110             get_atomtype_vol(i,atype)       < 0 ||
1111             get_atomtype_surftens(i,atype)  < 0 ||
1112             get_atomtype_gb_radius(i,atype) < 0 ||
1113             get_atomtype_S_hct(i,atype)     < 0)
1114         {
1115             fprintf(stderr,"\nGB parameter(s) missing or negative for atom type '%s'\n",
1116                     get_atomtype_name(i,atype));
1117             nmiss++;
1118         }
1119     }
1120     
1121     if (nmiss > 0)
1122     {
1123         gmx_fatal(FARGS,"Can't do GB electrostatics; the implicit_genborn_params section of the forcefield is missing parameters for %d atomtypes or they might be negative.",nmiss);
1124     }
1125   
1126 }
1127
1128 int main (int argc, char *argv[])
1129 {
1130   static const char *desc[] = {
1131     "The gromacs preprocessor",
1132     "reads a molecular topology file, checks the validity of the",
1133     "file, expands the topology from a molecular description to an atomic",
1134     "description. The topology file contains information about",
1135     "molecule types and the number of molecules, the preprocessor",
1136     "copies each molecule as needed. ",
1137     "There is no limitation on the number of molecule types. ",
1138     "Bonds and bond-angles can be converted into constraints, separately",
1139     "for hydrogens and heavy atoms.",
1140     "Then a coordinate file is read and velocities can be generated",
1141     "from a Maxwellian distribution if requested.",
1142     "[TT]grompp[tt] also reads parameters for the [TT]mdrun[tt] ",
1143     "(eg. number of MD steps, time step, cut-off), and others such as",
1144     "NEMD parameters, which are corrected so that the net acceleration",
1145     "is zero.",
1146     "Eventually a binary file is produced that can serve as the sole input",
1147     "file for the MD program.[PAR]",
1148     
1149     "[TT]grompp[tt] uses the atom names from the topology file. The atom names",
1150     "in the coordinate file (option [TT]-c[tt]) are only read to generate",
1151     "warnings when they do not match the atom names in the topology.",
1152     "Note that the atom names are irrelevant for the simulation as",
1153     "only the atom types are used for generating interaction parameters.[PAR]",
1154
1155     "[TT]grompp[tt] uses a built-in preprocessor to resolve includes, macros, ",
1156     "etc. The preprocessor supports the following keywords:[PAR]",
1157     "#ifdef VARIABLE[BR]",
1158     "#ifndef VARIABLE[BR]",
1159     "#else[BR]",
1160     "#endif[BR]",
1161     "#define VARIABLE[BR]",
1162     "#undef VARIABLE[BR]"
1163     "#include \"filename\"[BR]",
1164     "#include <filename>[PAR]",
1165     "The functioning of these statements in your topology may be modulated by",
1166     "using the following two flags in your [TT].mdp[tt] file:[PAR]",
1167     "[TT]define = -DVARIABLE1 -DVARIABLE2[BR]",
1168     "include = -I/home/john/doe[tt][BR]",
1169     "For further information a C-programming textbook may help you out.",
1170     "Specifying the [TT]-pp[tt] flag will get the pre-processed",
1171     "topology file written out so that you can verify its contents.[PAR]",
1172    
1173     /* cpp has been unnecessary for some time, hasn't it?
1174         "If your system does not have a C-preprocessor, you can still",
1175         "use [TT]grompp[tt], but you do not have access to the features ",
1176         "from the cpp. Command line options to the C-preprocessor can be given",
1177         "in the [TT].mdp[tt] file. See your local manual (man cpp).[PAR]",
1178     */
1179     
1180     "When using position restraints a file with restraint coordinates",
1181     "can be supplied with [TT]-r[tt], otherwise restraining will be done",
1182     "with respect to the conformation from the [TT]-c[tt] option.",
1183     "For free energy calculation the the coordinates for the B topology",
1184     "can be supplied with [TT]-rb[tt], otherwise they will be equal to",
1185     "those of the A topology.[PAR]",
1186     
1187     "Starting coordinates can be read from trajectory with [TT]-t[tt].",
1188     "The last frame with coordinates and velocities will be read,",
1189     "unless the [TT]-time[tt] option is used. Only if this information",
1190     "is absent will the coordinates in the [TT]-c[tt] file be used.",
1191     "Note that these velocities will not be used when [TT]gen_vel = yes[tt]",
1192     "in your [TT].mdp[tt] file. An energy file can be supplied with",
1193     "[TT]-e[tt] to read Nose-Hoover and/or Parrinello-Rahman coupling",
1194     "variables.[PAR]",
1195
1196     "[TT]grompp[tt] can be used to restart simulations (preserving",
1197     "continuity) by supplying just a checkpoint file with [TT]-t[tt].",
1198     "However, for simply changing the number of run steps to extend",
1199     "a run, using [TT]tpbconv[tt] is more convenient than [TT]grompp[tt].",
1200     "You then supply the old checkpoint file directly to [TT]mdrun[tt]",
1201     "with [TT]-cpi[tt]. If you wish to change the ensemble or things",
1202     "like output frequency, then supplying the checkpoint file to",
1203     "[TT]grompp[tt] with [TT]-t[tt] along with a new [TT].mdp[tt] file",
1204     "with [TT]-f[tt] is the recommended procedure.[PAR]",
1205
1206     "By default, all bonded interactions which have constant energy due to",
1207     "virtual site constructions will be removed. If this constant energy is",
1208     "not zero, this will result in a shift in the total energy. All bonded",
1209     "interactions can be kept by turning off [TT]-rmvsbds[tt]. Additionally,",
1210     "all constraints for distances which will be constant anyway because",
1211     "of virtual site constructions will be removed. If any constraints remain",
1212     "which involve virtual sites, a fatal error will result.[PAR]"
1213     
1214     "To verify your run input file, please take note of all warnings",
1215     "on the screen, and correct where necessary. Do also look at the contents",
1216     "of the [TT]mdout.mdp[tt] file; this contains comment lines, as well as",
1217     "the input that [TT]grompp[tt] has read. If in doubt, you can start [TT]grompp[tt]",
1218     "with the [TT]-debug[tt] option which will give you more information",
1219     "in a file called [TT]grompp.log[tt] (along with real debug info). You",
1220     "can see the contents of the run input file with the [TT]gmxdump[tt]",
1221     "program. [TT]gmxcheck[tt] can be used to compare the contents of two",
1222     "run input files.[PAR]"
1223
1224     "The [TT]-maxwarn[tt] option can be used to override warnings printed",
1225     "by [TT]grompp[tt] that otherwise halt output. In some cases, warnings are",
1226     "harmless, but usually they are not. The user is advised to carefully",
1227     "interpret the output messages before attempting to bypass them with",
1228     "this option."
1229   };
1230   t_gromppopts *opts;
1231   gmx_mtop_t   *sys;
1232   int          nmi;
1233   t_molinfo    *mi;
1234   gpp_atomtype_t atype;
1235   t_inputrec   *ir;
1236   int          natoms,nvsite,comb,mt;
1237   t_params     *plist;
1238   t_state      state;
1239   matrix       box;
1240   real         max_spacing,fudgeQQ;
1241   double       reppow;
1242   char         fn[STRLEN],fnB[STRLEN];
1243   const char   *mdparin;
1244   int          ntype;
1245   gmx_bool         bNeedVel,bGenVel;
1246   gmx_bool         have_atomnumber;
1247   int              n12,n13,n14;
1248   t_params     *gb_plist = NULL;
1249   gmx_genborn_t *born = NULL;
1250   output_env_t oenv;
1251   gmx_bool         bVerbose = FALSE;
1252   warninp_t    wi;
1253   char         warn_buf[STRLEN];
1254
1255   t_filenm fnm[] = {
1256     { efMDP, NULL,  NULL,        ffREAD  },
1257     { efMDP, "-po", "mdout",     ffWRITE },
1258     { efSTX, "-c",  NULL,        ffREAD  },
1259     { efSTX, "-r",  NULL,        ffOPTRD },
1260     { efSTX, "-rb", NULL,        ffOPTRD },
1261     { efNDX, NULL,  NULL,        ffOPTRD },
1262     { efTOP, NULL,  NULL,        ffREAD  },
1263     { efTOP, "-pp", "processed", ffOPTWR },
1264     { efTPX, "-o",  NULL,        ffWRITE },
1265     { efTRN, "-t",  NULL,        ffOPTRD },
1266     { efEDR, "-e",  NULL,        ffOPTRD },
1267     { efTRN, "-ref","rotref",    ffOPTRW }
1268   };
1269 #define NFILE asize(fnm)
1270
1271   /* Command line options */
1272   static gmx_bool bRenum=TRUE;
1273   static gmx_bool bRmVSBds=TRUE,bZero=FALSE;
1274   static int  i,maxwarn=0;
1275   static real fr_time=-1;
1276   t_pargs pa[] = {
1277     { "-v",       FALSE, etBOOL,{&bVerbose},  
1278       "Be loud and noisy" },
1279     { "-time",    FALSE, etREAL, {&fr_time},
1280       "Take frame at or first after this time." },
1281     { "-rmvsbds",FALSE, etBOOL, {&bRmVSBds},
1282       "Remove constant bonded interactions with virtual sites" },
1283     { "-maxwarn", FALSE, etINT,  {&maxwarn},
1284       "Number of allowed warnings during input processing. Not for normal use and may generate unstable systems" },
1285     { "-zero",    FALSE, etBOOL, {&bZero},
1286       "Set parameters for bonded interactions without defaults to zero instead of generating an error" },
1287     { "-renum",   FALSE, etBOOL, {&bRenum},
1288       "Renumber atomtypes and minimize number of atomtypes" }
1289   };
1290   
1291   CopyRight(stdout,argv[0]);
1292   
1293   /* Initiate some variables */
1294   snew(ir,1);
1295   snew(opts,1);
1296   init_ir(ir,opts);
1297   
1298   /* Parse the command line */
1299   parse_common_args(&argc,argv,0,NFILE,fnm,asize(pa),pa,
1300                     asize(desc),desc,0,NULL,&oenv);
1301   
1302   wi = init_warning(TRUE,maxwarn);
1303   
1304   /* PARAMETER file processing */
1305   mdparin = opt2fn("-f",NFILE,fnm);
1306   set_warning_line(wi,mdparin,-1);    
1307   get_ir(mdparin,opt2fn("-po",NFILE,fnm),ir,opts,wi);
1308   
1309   if (bVerbose) 
1310     fprintf(stderr,"checking input for internal consistency...\n");
1311   check_ir(mdparin,ir,opts,wi);
1312
1313   if (ir->ld_seed == -1) {
1314     ir->ld_seed = make_seed();
1315     fprintf(stderr,"Setting the LD random seed to %d\n",ir->ld_seed);
1316   }
1317
1318   bNeedVel = EI_STATE_VELOCITY(ir->eI);
1319   bGenVel  = (bNeedVel && opts->bGenVel);
1320
1321   snew(plist,F_NRE);
1322   init_plist(plist);
1323   snew(sys,1);
1324   atype = init_atomtype();
1325   if (debug)
1326     pr_symtab(debug,0,"Just opened",&sys->symtab);
1327     
1328   strcpy(fn,ftp2fn(efTOP,NFILE,fnm));
1329   if (!gmx_fexist(fn)) 
1330     gmx_fatal(FARGS,"%s does not exist",fn);
1331   new_status(fn,opt2fn_null("-pp",NFILE,fnm),opt2fn("-c",NFILE,fnm),
1332              opts,ir,bZero,bGenVel,bVerbose,&state,
1333              atype,sys,&nmi,&mi,plist,&comb,&reppow,&fudgeQQ,
1334              opts->bMorse,
1335              wi);
1336   
1337   if (debug)
1338     pr_symtab(debug,0,"After new_status",&sys->symtab);
1339   
1340   if (count_constraints(sys,mi,wi) && (ir->eConstrAlg == econtSHAKE)) {
1341     if (ir->eI == eiCG || ir->eI == eiLBFGS) {
1342         sprintf(warn_buf,"Can not do %s with %s, use %s",
1343                 EI(ir->eI),econstr_names[econtSHAKE],econstr_names[econtLINCS]);
1344         warning_error(wi,warn_buf);
1345     }
1346     if (ir->bPeriodicMols) {
1347         sprintf(warn_buf,"Can not do periodic molecules with %s, use %s",
1348                 econstr_names[econtSHAKE],econstr_names[econtLINCS]);
1349         warning_error(wi,warn_buf);
1350     }
1351   }
1352
1353   /* If we are doing QM/MM, check that we got the atom numbers */
1354   have_atomnumber = TRUE;
1355   for (i=0; i<get_atomtype_ntypes(atype); i++) {
1356     have_atomnumber = have_atomnumber && (get_atomtype_atomnumber(i,atype) >= 0);
1357   }
1358   if (!have_atomnumber && ir->bQMMM)
1359   {
1360       warning_error(wi,
1361                     "\n"
1362                     "It appears as if you are trying to run a QM/MM calculation, but the force\n"
1363                     "field you are using does not contain atom numbers fields. This is an\n"
1364                     "optional field (introduced in Gromacs 3.3) for general runs, but mandatory\n"
1365                     "for QM/MM. The good news is that it is easy to add - put the atom number as\n"
1366                     "an integer just before the mass column in ffXXXnb.itp.\n"
1367                     "NB: United atoms have the same atom numbers as normal ones.\n\n"); 
1368   }
1369
1370   /* Check for errors in the input now, since they might cause problems
1371    * during processing further down.
1372    */
1373   check_warning_error(wi,FARGS);
1374
1375   if (opt2bSet("-r",NFILE,fnm))
1376     sprintf(fn,"%s",opt2fn("-r",NFILE,fnm));
1377   else
1378     sprintf(fn,"%s",opt2fn("-c",NFILE,fnm));
1379   if (opt2bSet("-rb",NFILE,fnm))
1380     sprintf(fnB,"%s",opt2fn("-rb",NFILE,fnm));
1381   else
1382     strcpy(fnB,fn);
1383
1384     if (nint_ftype(sys,mi,F_POSRES) > 0)
1385     {
1386         if (bVerbose)
1387         {
1388             fprintf(stderr,"Reading position restraint coords from %s",fn);
1389             if (strcmp(fn,fnB) == 0)
1390             {
1391                 fprintf(stderr,"\n");
1392             }
1393             else
1394             {
1395                 fprintf(stderr," and %s\n",fnB);
1396                 if (ir->efep != efepNO && ir->n_flambda > 0)
1397                 {
1398                     warning_error(wi,"Can not change the position restraint reference coordinates with lambda togther with foreign lambda calculation.");
1399                 }
1400             }
1401         }
1402         gen_posres(sys,mi,fn,fnB,
1403                    ir->refcoord_scaling,ir->ePBC,
1404                    ir->posres_com,ir->posres_comB,
1405                    wi);
1406     }
1407                 
1408   nvsite = 0;
1409   /* set parameters for virtual site construction (not for vsiten) */
1410   for(mt=0; mt<sys->nmoltype; mt++) {
1411     nvsite +=
1412       set_vsites(bVerbose, &sys->moltype[mt].atoms, atype, mi[mt].plist);
1413   }
1414   /* now throw away all obsolete bonds, angles and dihedrals: */
1415   /* note: constraints are ALWAYS removed */
1416   if (nvsite) {
1417     for(mt=0; mt<sys->nmoltype; mt++) {
1418       clean_vsite_bondeds(mi[mt].plist,sys->moltype[mt].atoms.nr,bRmVSBds);
1419     }
1420   }
1421   
1422         /* If we are using CMAP, setup the pre-interpolation grid */
1423         if(plist->ncmap>0)
1424         {
1425                 init_cmap_grid(&sys->ffparams.cmap_grid, plist->nc, plist->grid_spacing);
1426                 setup_cmap(plist->grid_spacing, plist->nc, plist->cmap,&sys->ffparams.cmap_grid);
1427         }
1428         
1429   set_wall_atomtype(atype,opts,ir);
1430   if (bRenum) {
1431     renum_atype(plist, sys, ir->wall_atomtype, atype, bVerbose);
1432     ntype = get_atomtype_ntypes(atype);
1433   }
1434
1435     if (ir->implicit_solvent != eisNO)
1436     {
1437         /* Now we have renumbered the atom types, we can check the GBSA params */
1438         check_gbsa_params(ir,atype);
1439       
1440       /* Check that all atoms that have charge and/or LJ-parameters also have 
1441        * sensible GB-parameters
1442        */
1443       check_gbsa_params_charged(sys,atype);
1444     }
1445
1446         /* PELA: Copy the atomtype data to the topology atomtype list */
1447         copy_atomtype_atomtypes(atype,&(sys->atomtypes));
1448
1449         if (debug)
1450     pr_symtab(debug,0,"After renum_atype",&sys->symtab);
1451
1452   if (bVerbose) 
1453     fprintf(stderr,"converting bonded parameters...\n");
1454         
1455   ntype = get_atomtype_ntypes(atype);
1456   convert_params(ntype, plist, mi, comb, reppow, fudgeQQ, sys);
1457         
1458   if (debug)
1459     pr_symtab(debug,0,"After convert_params",&sys->symtab);
1460
1461   /* set ptype to VSite for virtual sites */
1462   for(mt=0; mt<sys->nmoltype; mt++) {
1463     set_vsites_ptype(FALSE,&sys->moltype[mt]);
1464   }
1465   if (debug) {
1466     pr_symtab(debug,0,"After virtual sites",&sys->symtab);
1467   }
1468   /* Check velocity for virtual sites and shells */
1469   if (bGenVel) {
1470     check_vel(sys,state.v);
1471   }
1472     
1473   /* check masses */
1474   check_mol(sys,wi);
1475   
1476   for(i=0; i<sys->nmoltype; i++) {
1477       check_cg_sizes(ftp2fn(efTOP,NFILE,fnm),&sys->moltype[i].cgs,wi);
1478   }
1479
1480   if (EI_DYNAMICS(ir->eI) && ir->eI != eiBD)
1481   {
1482       check_bonds_timestep(sys,ir->delta_t,wi);
1483   }
1484
1485   if (EI_ENERGY_MINIMIZATION(ir->eI) && 0 == ir->nsteps)
1486   {
1487       warning_note(wi,"Zero-step energy minimization will alter the coordinates before calculating the energy. If you just want the energy of a single point, try zero-step MD (with unconstrained_start = yes). To do multiple single-point energy evaluations of different configurations of the same topology, use mdrun -rerun.");
1488   }
1489
1490   check_warning_error(wi,FARGS);
1491         
1492   if (bVerbose) 
1493     fprintf(stderr,"initialising group options...\n");
1494   do_index(mdparin,ftp2fn_null(efNDX,NFILE,fnm),
1495            sys,bVerbose,ir,
1496            bGenVel ? state.v : NULL,
1497            wi);
1498   
1499   /* Init the temperature coupling state */
1500   init_gtc_state(&state,ir->opts.ngtc,0,ir->opts.nhchainlength);
1501
1502   if (bVerbose)
1503     fprintf(stderr,"Checking consistency between energy and charge groups...\n");
1504   check_eg_vs_cg(sys);
1505   
1506   if (debug)
1507     pr_symtab(debug,0,"After index",&sys->symtab);
1508   triple_check(mdparin,ir,sys,wi);
1509   close_symtab(&sys->symtab);
1510   if (debug)
1511     pr_symtab(debug,0,"After close",&sys->symtab);
1512
1513   /* make exclusions between QM atoms */
1514   if (ir->bQMMM) {
1515     generate_qmexcl(sys,ir);
1516   }
1517
1518   if (ftp2bSet(efTRN,NFILE,fnm)) {
1519     if (bVerbose)
1520       fprintf(stderr,"getting data from old trajectory ...\n");
1521     cont_status(ftp2fn(efTRN,NFILE,fnm),ftp2fn_null(efEDR,NFILE,fnm),
1522                 bNeedVel,bGenVel,fr_time,ir,&state,sys,oenv);
1523   }
1524
1525     if (ir->ePBC==epbcXY && ir->nwall!=2)
1526     {
1527         clear_rvec(state.box[ZZ]);
1528     }
1529   
1530     if (ir->rlist > 0)
1531     {
1532         set_warning_line(wi,mdparin,-1);
1533         check_chargegroup_radii(sys,ir,state.x,wi);
1534     }
1535
1536   if (EEL_FULL(ir->coulombtype)) {
1537     /* Calculate the optimal grid dimensions */
1538     copy_mat(state.box,box);
1539     if (ir->ePBC==epbcXY && ir->nwall==2)
1540       svmul(ir->wall_ewald_zfac,box[ZZ],box[ZZ]);
1541     max_spacing = calc_grid(stdout,box,opts->fourierspacing,
1542                             &(ir->nkx),&(ir->nky),&(ir->nkz));
1543     if ((ir->coulombtype == eelPPPM) && (max_spacing > 0.1)) {
1544         set_warning_line(wi,mdparin,-1);
1545         warning_note(wi,"Grid spacing larger then 0.1 while using PPPM.");
1546     }
1547   }
1548
1549   if (ir->ePull != epullNO)
1550     set_pull_init(ir,sys,state.x,state.box,oenv,opts->pull_start);
1551   
1552   if (ir->bRot)
1553   {
1554       set_reference_positions(ir->rot,sys,state.x,state.box,
1555                               opt2fn("-ref",NFILE,fnm),opt2bSet("-ref",NFILE,fnm),
1556                               wi);
1557   }
1558
1559   /*  reset_multinr(sys); */
1560   
1561   if (EEL_PME(ir->coulombtype)) {
1562     float ratio = pme_load_estimate(sys,ir,state.box);
1563     fprintf(stderr,"Estimate for the relative computational load of the PME mesh part: %.2f\n",ratio);
1564     /* With free energy we might need to do PME both for the A and B state
1565      * charges. This will double the cost, but the optimal performance will
1566      * then probably be at a slightly larger cut-off and grid spacing.
1567      */
1568     if ((ir->efep == efepNO && ratio > 1.0/2.0) ||
1569         (ir->efep != efepNO && ratio > 2.0/3.0)) {
1570         warning_note(wi,
1571                      "The optimal PME mesh load for parallel simulations is below 0.5\n"
1572                    "and for highly parallel simulations between 0.25 and 0.33,\n"
1573                    "for higher performance, increase the cut-off and the PME grid spacing");
1574     }
1575   }
1576
1577     {
1578         char warn_buf[STRLEN];
1579         double cio = compute_io(ir,sys->natoms,&sys->groups,F_NRE,1);
1580         sprintf(warn_buf,"This run will generate roughly %.0f Mb of data",cio);
1581         if (cio > 2000) {
1582             set_warning_line(wi,mdparin,-1);
1583             warning_note(wi,warn_buf);
1584         } else {
1585             printf("%s\n",warn_buf);
1586         }
1587     }
1588         
1589   if (bVerbose) 
1590     fprintf(stderr,"writing run input file...\n");
1591
1592   done_warning(wi,FARGS);
1593
1594   state.lambda = ir->init_lambda;
1595   write_tpx_state(ftp2fn(efTPX,NFILE,fnm),ir,&state,sys);
1596   
1597   thanx(stderr);
1598   
1599   return 0;
1600 }