src/gromacs/mdlib/nsgrid.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 /* This file is completely threadsafe - keep it that way! */
  38 #include "gmxpre.h"
  39
  40 #include "gromacs/legacyheaders/nsgrid.h"
  41
  42 #include <stdio.h>
  43 #include <stdlib.h>
  44
  45 #include "gromacs/fileio/pdbio.h"
  46 #include "gromacs/legacyheaders/domdec.h"
  47 #include "gromacs/legacyheaders/macros.h"
  48 #include "gromacs/legacyheaders/network.h"
  49 #include "gromacs/legacyheaders/typedefs.h"
  50 #include "gromacs/legacyheaders/types/commrec.h"
  51 #include "gromacs/math/vec.h"
  52 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  53 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  54 #include "gromacs/utility/futil.h"
  55 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  56
  57 /***********************************
  58  *         Grid Routines
  59  ***********************************/
  60
  61 const char *range_warn =
  62     "Explanation: During neighborsearching, we assign each particle to a grid\n"
  63     "based on its coordinates. If your system contains collisions or parameter\n"
  64     "errors that give particles very high velocities you might end up with some\n"
  65     "coordinates being +-Infinity or NaN (not-a-number). Obviously, we cannot\n"
  66     "put these on a grid, so this is usually where we detect those errors.\n"
  67     "Make sure your system is properly energy-minimized and that the potential\n"
  68     "energy seems reasonable before trying again.";
  69
  70 static void calc_x_av_stddev(int n, rvec *x, rvec av, rvec stddev)
  71 {
  72     dvec s1, s2;
  73     int  i, d;
  74
  75     clear_dvec(s1);
  76     clear_dvec(s2);
  77
  78     for (i = 0; i < n; i++)
  79     {
  80         for (d = 0; d < DIM; d++)
  81         {
  82             s1[d] += x[i][d];
  83             s2[d] += x[i][d]*x[i][d];
  84         }
  85     }
  86
  87     dsvmul(1.0/n, s1, s1);
  88     dsvmul(1.0/n, s2, s2);
  89
  90     for (d = 0; d < DIM; d++)
  91     {
  92         av[d]     = s1[d];
  93         stddev[d] = sqrt(s2[d] - s1[d]*s1[d]);
  94     }
  95 }
  96
  97 void get_nsgrid_boundaries_vac(real av, real stddev,
  98                                real *bound0, real *bound1,
  99                                real *bdens0, real *bdens1)
 100 {
 101     /* Set the grid to 2 times the standard deviation of
 102      * the charge group centers in both directions.
 103      * For a uniform bounded distribution the width is sqrt(3)*stddev,
 104      * so all charge groups fall within the width.
 105      * For a sphere stddev is r/sqrt(5): 99.2% falls within the width.
 106      * For a Gaussian distribution 98% fall within the width.
 107      */
 108     *bound0 = av - NSGRID_STDDEV_FAC*stddev;
 109     *bound1 = av + NSGRID_STDDEV_FAC*stddev;
 110
 111     *bdens0 = av - GRID_STDDEV_FAC*stddev;
 112     *bdens1 = av + GRID_STDDEV_FAC*stddev;
 113 }
 114
 115 static void dd_box_bounds_to_ns_bounds(real box0, real box_size,
 116                                        real *gr0, real *gr1)
 117 {
 118     real av, stddev;
 119
 120     /* Redetermine av and stddev from the DD box boundaries */
 121     av     = box0 + 0.5*box_size;
 122     stddev = 0.5*box_size/GRID_STDDEV_FAC;
 123
 124     *gr0 = av - NSGRID_STDDEV_FAC*stddev;
 125     *gr1 = av + NSGRID_STDDEV_FAC*stddev;
 126 }
 127
 128 void get_nsgrid_boundaries(int nboundeddim, matrix box,
 129                            gmx_domdec_t *dd,
 130                            gmx_ddbox_t *ddbox, rvec *gr0, rvec *gr1,
 131                            int ncg, rvec *cgcm,
 132                            rvec grid_x0, rvec grid_x1,
 133                            real *grid_density)
 134 {
 135     rvec av, stddev;
 136     real vol, bdens0, bdens1;
 137     int  d;
 138
 139     if (nboundeddim < DIM)
 140     {
 141         calc_x_av_stddev(ncg, cgcm, av, stddev);
 142     }
 143
 144     vol = 1;
 145     for (d = 0; d < DIM; d++)
 146     {
 147         if (d < nboundeddim)
 148         {
 149             grid_x0[d] = (gr0 != NULL ? (*gr0)[d] : 0);
 150             grid_x1[d] = (gr1 != NULL ? (*gr1)[d] : box[d][d]);
 151             vol       *= (grid_x1[d] - grid_x0[d]);
 152         }
 153         else
 154         {
 155             if (ddbox == NULL)
 156             {
 157                 get_nsgrid_boundaries_vac(av[d], stddev[d],
 158                                           &grid_x0[d], &grid_x1[d],
 159                                           &bdens0, &bdens1);
 160             }
 161             else
 162             {
 163                 /* Temporary fix which uses global ddbox boundaries
 164                  * for unbounded dimensions.
 165                  * Should be replaced by local boundaries, which makes
 166                  * the ns grid smaller and does not require global comm.
 167                  */
 168                 dd_box_bounds_to_ns_bounds(ddbox->box0[d], ddbox->box_size[d],
 169                                            &grid_x0[d], &grid_x1[d]);
 170                 bdens0 = grid_x0[d];
 171                 bdens1 = grid_x1[d];
 172             }
 173             /* Check for a DD cell not at a lower edge */
 174             if (dd != NULL && gr0 != NULL && dd->ci[d] > 0)
 175             {
 176                 grid_x0[d] = (*gr0)[d];
 177                 bdens0     = (*gr0)[d];
 178             }
 179             /* Check for a DD cell not at a higher edge */
 180             if (dd != NULL && gr1 != NULL && dd->ci[d] < dd->nc[d]-1)
 181             {
 182                 grid_x1[d] = (*gr1)[d];
 183                 bdens1     = (*gr1)[d];
 184             }
 185             vol *= (bdens1 - bdens0);
 186         }
 187
 188         if (debug)
 189         {
 190             fprintf(debug, "Set grid boundaries dim %d: %f %f\n",
 191                     d, grid_x0[d], grid_x1[d]);
 192         }
 193     }
 194
 195     *grid_density = ncg/vol;
 196 }
 197
 198 static void set_grid_sizes(matrix box, rvec izones_x0, rvec izones_x1, real rlist,
 199                            const gmx_domdec_t *dd, const gmx_ddbox_t *ddbox,
 200                            t_grid *grid,
 201                            real grid_density)
 202 {
 203     int      i, j;
 204     gmx_bool bDD, bDDRect;
 205     rvec     av, stddev;
 206     rvec     izones_size;
 207     real     inv_r_ideal, size, add_tric, radd;
 208
 209     for (i = 0; (i < DIM); i++)
 210     {
 211         if (debug)
 212         {
 213             fprintf(debug,
 214                     "set_grid_sizes, i-zone bounds for dim %d: %6.3f %6.3f\n",
 215                     i, izones_x0[i], izones_x1[i]);
 216         }
 217         izones_size[i] = izones_x1[i] - izones_x0[i];
 218     }
 219
 220     /* Use the ideal number of cg's per cell to set the ideal cell size */
 221     inv_r_ideal = pow(grid_density/grid->ncg_ideal, 1.0/3.0);
 222     if (rlist > 0 && inv_r_ideal*rlist < 1)
 223     {
 224         inv_r_ideal = 1/rlist;
 225     }
 226     if (debug)
 227     {
 228         fprintf(debug, "CG density %f ideal ns cell size %f\n",
 229                 grid_density, 1/inv_r_ideal);
 230     }
 231
 232     clear_rvec(grid->cell_offset);
 233     for (i = 0; (i < DIM); i++)
 234     {
 235         /* Initial settings, for DD might change below */
 236         grid->cell_offset[i] = izones_x0[i];
 237         size                 = izones_size[i];
 238
 239         bDD = dd && (dd->nc[i] > 1);
 240         if (!bDD)
 241         {
 242             bDDRect = FALSE;
 243         }
 244         else
 245         {
 246             /* With DD grid cell jumps only the first decomposition
 247              * direction has uniform DD cell boundaries.
 248              */
 249             bDDRect = !(ddbox->tric_dir[i] ||
 250                         (dd->bGridJump && i != dd->dim[0]));
 251
 252             radd = rlist;
 253             if (i >= ddbox->npbcdim &&
 254                 (rlist == 0 ||
 255                  izones_x1[i] + radd > ddbox->box0[i] + ddbox->box_size[i]))
 256             {
 257                 radd = ddbox->box0[i] + ddbox->box_size[i] - izones_x1[i];
 258                 if (radd < 0)
 259                 {
 260                     radd = 0;
 261                 }
 262             }
 263
 264             /* With DD we only need a grid of one DD cell size + rlist */
 265             if (bDDRect)
 266             {
 267                 size += radd;
 268             }
 269             else
 270             {
 271                 size += radd/ddbox->skew_fac[i];
 272             }
 273
 274             /* Check if the cell boundary in this direction is
 275              * perpendicular to the Cartesian axis.
 276              */
 277             for (j = i+1; j < grid->npbcdim; j++)
 278             {
 279                 if (box[j][i] != 0)
 280                 {
 281                     /* Correct the offset for the home cell location */
 282                     grid->cell_offset[i] += izones_x0[j]*box[j][i]/box[j][j];
 283
 284                     /* Correct the offset and size for the off-diagonal
 285                      * displacement of opposing DD cell corners.
 286                      */
 287                     /* Without rouding we would need to add:
 288                      * box[j][i]*rlist/(dd->skew_fac[i]*box[j][j])
 289                      */
 290                     /* Determine the shift for the corners of the triclinic box */
 291                     add_tric = izones_size[j]*box[j][i]/box[j][j];
 292                     if (dd->ndim == 1 && j == ZZ)
 293                     {
 294                         /* With 1D domain decomposition the cg's are not in
 295                          * the triclinic box, but trilinic x-y and rectangular y-z.
 296                          * Therefore we need to add the shift from the trilinic
 297                          * corner to the corner at y=0.
 298                          */
 299                         add_tric += -box[YY][XX]*box[ZZ][YY]/box[YY][YY];
 300                     }
 301                     if (box[j][i] < 0)
 302                     {
 303                         grid->cell_offset[i] += add_tric;
 304                         size                 -= add_tric;
 305                     }
 306                     else
 307                     {
 308                         size += add_tric;
 309                     }
 310                 }
 311             }
 312         }
 313         if (!bDDRect)
 314         {
 315             /* No DD or the box is triclinic is this direction:
 316              * we will use the normal grid ns that checks all cells
 317              * that are within cut-off distance of the i-particle.
 318              */
 319             grid->n[i] = (int)(size*inv_r_ideal + 0.5);
 320             if (grid->n[i] < 2)
 321             {
 322                 grid->n[i] = 2;
 323             }
 324             grid->cell_size[i] = size/grid->n[i];
 325             grid->ncpddc[i]    = 0;
 326         }
 327         else
 328         {
 329             /* We use grid->ncpddc[i] such that all particles
 330              * in one ns cell belong to a single DD cell only.
 331              * We can then beforehand exclude certain ns grid cells
 332              * for non-home i-particles.
 333              */
 334             grid->ncpddc[i] = (int)(izones_size[i]*inv_r_ideal + 0.5);
 335             if (grid->ncpddc[i] < 2)
 336             {
 337                 grid->ncpddc[i] = 2;
 338             }
 339             grid->cell_size[i] = izones_size[i]/grid->ncpddc[i];
 340             grid->n[i]         = grid->ncpddc[i] + (int)(radd/grid->cell_size[i]) + 1;
 341         }
 342         if (debug)
 343         {
 344             fprintf(debug, "grid dim %d size %d x %f: %f - %f\n",
 345                     i, grid->n[i], grid->cell_size[i],
 346                     grid->cell_offset[i],
 347                     grid->cell_offset[i]+grid->n[i]*grid->cell_size[i]);
 348         }
 349     }
 350
 351     if (debug)
 352     {
 353         fprintf(debug, "CG ncg ideal %d, actual density %.1f\n",
 354                 grid->ncg_ideal, grid_density*grid->cell_size[XX]*grid->cell_size[YY]*grid->cell_size[ZZ]);
 355     }
 356 }
 357
 358 t_grid *init_grid(FILE *fplog, t_forcerec *fr)
 359 {
 360     int     d, m;
 361     char   *ptr;
 362     t_grid *grid;
 363
 364     snew(grid, 1);
 365
 366     grid->npbcdim = ePBC2npbcdim(fr->ePBC);
 367
 368     if (fr->ePBC == epbcXY && fr->nwall == 2)
 369     {
 370         grid->nboundeddim = 3;
 371     }
 372     else
 373     {
 374         grid->nboundeddim = grid->npbcdim;
 375     }
 376
 377     if (debug)
 378     {
 379         fprintf(debug, "The coordinates are bounded in %d dimensions\n",
 380                 grid->nboundeddim);
 381     }
 382
 383     /* The ideal number of cg's per ns grid cell seems to be 10 */
 384     grid->ncg_ideal = 10;
 385     ptr             = getenv("GMX_NSCELL_NCG");
 386     if (ptr)
 387     {
 388         sscanf(ptr, "%d", &grid->ncg_ideal);
 389         if (fplog)
 390         {
 391             fprintf(fplog, "Set ncg_ideal to %d\n", grid->ncg_ideal);
 392         }
 393         if (grid->ncg_ideal <= 0)
 394         {
 395             gmx_fatal(FARGS, "The number of cg's per cell should be > 0");
 396         }
 397     }
 398     if (debug)
 399     {
 400         fprintf(debug, "Set ncg_ideal to %d\n", grid->ncg_ideal);
 401     }
 402
 403     return grid;
 404 }
 405
 406 void done_grid(t_grid *grid)
 407 {
 408     grid->nr      = 0;
 409     clear_ivec(grid->n);
 410     grid->ncells  = 0;
 411     sfree(grid->cell_index);
 412     sfree(grid->a);
 413     sfree(grid->index);
 414     sfree(grid->nra);
 415     grid->cells_nalloc = 0;
 416     sfree(grid->dcx2);
 417     sfree(grid->dcy2);
 418     sfree(grid->dcz2);
 419     grid->dc_nalloc = 0;
 420
 421     if (debug)
 422     {
 423         fprintf(debug, "Successfully freed memory for grid pointers.");
 424     }
 425 }
 426
 427 int xyz2ci_(int nry, int nrz, int x, int y, int z)
 428 /* Return the cell index */
 429 {
 430     return (nry*nrz*x+nrz*y+z);
 431 }
 432
 433 void ci2xyz(t_grid *grid, int i, int *x, int *y, int *z)
 434 /* Return x,y and z from the cell index */
 435 {
 436     int ci;
 437
 438     range_check_mesg(i, 0, grid->nr, range_warn);
 439
 440     ci  = grid->cell_index[i];
 441     *x  = ci / (grid->n[YY]*grid->n[ZZ]);
 442     ci -= (*x)*grid->n[YY]*grid->n[ZZ];
 443     *y  = ci / grid->n[ZZ];
 444     ci -= (*y)*grid->n[ZZ];
 445     *z  = ci;
 446 }
 447
 448 static int ci_not_used(ivec n)
 449 {
 450     /* Return an improbable value */
 451     return xyz2ci(n[YY], n[ZZ], 3*n[XX], 3*n[YY], 3*n[ZZ]);
 452 }
 453
 454 static void set_grid_ncg(t_grid *grid, int ncg)
 455 {
 456     int nr_old, i;
 457
 458     grid->nr = ncg;
 459     if (grid->nr+1 > grid->nr_alloc)
 460     {
 461         nr_old         = grid->nr_alloc;
 462         grid->nr_alloc = over_alloc_dd(grid->nr) + 1;
 463         srenew(grid->cell_index, grid->nr_alloc);
 464         for (i = nr_old; i < grid->nr_alloc; i++)
 465         {
 466             grid->cell_index[i] = 0;
 467         }
 468         srenew(grid->a, grid->nr_alloc);
 469     }
 470 }
 471
 472 void grid_first(FILE *fplog, t_grid *grid,
 473                 gmx_domdec_t *dd, const gmx_ddbox_t *ddbox,
 474                 matrix box, rvec izones_x0, rvec izones_x1,
 475                 real rlistlong, real grid_density)
 476 {
 477     int    i, m;
 478     ivec   cx;
 479
 480     set_grid_sizes(box, izones_x0, izones_x1, rlistlong, dd, ddbox, grid, grid_density);
 481
 482     grid->ncells = grid->n[XX]*grid->n[YY]*grid->n[ZZ];
 483
 484     if (grid->ncells+1 > grid->cells_nalloc)
 485     {
 486         /* Allocate double the size so we have some headroom */
 487         grid->cells_nalloc = 2*grid->ncells;
 488         srenew(grid->nra,  grid->cells_nalloc+1);
 489         srenew(grid->index, grid->cells_nalloc+1);
 490
 491         if (fplog)
 492         {
 493             fprintf(fplog, "Grid: %d x %d x %d cells\n",
 494                     grid->n[XX], grid->n[YY], grid->n[ZZ]);
 495         }
 496     }
 497
 498     m = max(grid->n[XX], max(grid->n[YY], grid->n[ZZ]));
 499     if (m > grid->dc_nalloc)
 500     {
 501         /* Allocate with double the initial size for box scaling */
 502         grid->dc_nalloc = 2*m;
 503         srenew(grid->dcx2, grid->dc_nalloc);
 504         srenew(grid->dcy2, grid->dc_nalloc);
 505         srenew(grid->dcz2, grid->dc_nalloc);
 506     }
 507
 508     grid->nr = 0;
 509     for (i = 0; (i < grid->ncells); i++)
 510     {
 511         grid->nra[i] = 0;
 512     }
 513 }
 514
 515 static void calc_bor(int cg0, int cg1, int ncg, int CG0[2], int CG1[2])
 516 {
 517     if (cg1 > ncg)
 518     {
 519         CG0[0] = cg0;
 520         CG1[0] = ncg;
 521         CG0[1] = 0;
 522         CG1[1] = cg1-ncg;
 523     }
 524     else
 525     {
 526         CG0[0] = cg0;
 527         CG1[0] = cg1;
 528         CG0[1] = 0;
 529         CG1[1] = 0;
 530     }
 531     if (debug)
 532     {
 533         int m;
 534
 535         fprintf(debug, "calc_bor: cg0=%d, cg1=%d, ncg=%d\n", cg0, cg1, ncg);
 536         for (m = 0; (m < 2); m++)
 537         {
 538             fprintf(debug, "CG0[%d]=%d, CG1[%d]=%d\n", m, CG0[m], m, CG1[m]);
 539         }
 540     }
 541
 542 }
 543
 544 void calc_elemnr(t_grid *grid, int cg0, int cg1, int ncg)
 545 {
 546     int     CG0[2], CG1[2];
 547     int    *cell_index = grid->cell_index;
 548     int    *nra        = grid->nra;
 549     int     i, m, ncells;
 550     int     ci, not_used;
 551
 552     ncells = grid->ncells;
 553     if (ncells <= 0)
 554     {
 555         gmx_fatal(FARGS, "Number of grid cells is zero. Probably the system and box collapsed.\n");
 556     }
 557
 558     not_used = ci_not_used(grid->n);
 559
 560     calc_bor(cg0, cg1, ncg, CG0, CG1);
 561     for (m = 0; (m < 2); m++)
 562     {
 563         for (i = CG0[m]; (i < CG1[m]); i++)
 564         {
 565             ci = cell_index[i];
 566             if (ci != not_used)
 567             {
 568                 range_check_mesg(ci, 0, ncells, range_warn);
 569                 nra[ci]++;
 570             }
 571         }
 572     }
 573 }
 574
 575 void calc_ptrs(t_grid *grid)
 576 {
 577     int *index = grid->index;
 578     int *nra   = grid->nra;
 579     int  ix, iy, iz, ci, nr;
 580     int  nnra, ncells;
 581
 582     ncells = grid->ncells;
 583     if (ncells <= 0)
 584     {
 585         gmx_fatal(FARGS, "Number of grid cells is zero. Probably the system and box collapsed.\n");
 586     }
 587
 588     ci = nr = 0;
 589     for (ix = 0; (ix < grid->n[XX]); ix++)
 590     {
 591         for (iy = 0; (iy < grid->n[YY]); iy++)
 592         {
 593             for (iz = 0; (iz < grid->n[ZZ]); iz++, ci++)
 594             {
 595                 range_check_mesg(ci, 0, ncells, range_warn);
 596                 index[ci] = nr;
 597                 nnra      = nra[ci];
 598                 nr       += nnra;
 599                 nra[ci]   = 0;
 600             }
 601         }
 602     }
 603 }
 604
 605 void grid_last(t_grid *grid, int cg0, int cg1, int ncg)
 606 {
 607     int     CG0[2], CG1[2];
 608     int     i, m;
 609     int     ci, not_used, ind, ncells;
 610     int    *cell_index = grid->cell_index;
 611     int    *nra        = grid->nra;
 612     int    *index      = grid->index;
 613     int    *a          = grid->a;
 614
 615     ncells = grid->ncells;
 616     if (ncells <= 0)
 617     {
 618         gmx_fatal(FARGS, "Number of grid cells is zero. Probably the system and box collapsed.\n");
 619     }
 620
 621     not_used = ci_not_used(grid->n);
 622
 623     calc_bor(cg0, cg1, ncg, CG0, CG1);
 624     for (m = 0; (m < 2); m++)
 625     {
 626         for (i = CG0[m]; (i < CG1[m]); i++)
 627         {
 628             ci     = cell_index[i];
 629             if (ci != not_used)
 630             {
 631                 range_check_mesg(ci, 0, ncells, range_warn);
 632                 ind    = index[ci]+nra[ci]++;
 633                 range_check_mesg(ind, 0, grid->nr, range_warn);
 634                 a[ind] = i;
 635             }
 636         }
 637     }
 638 }
 639
 640 void fill_grid(gmx_domdec_zones_t *dd_zones,
 641                t_grid *grid, int ncg_tot,
 642                int cg0, int cg1, rvec cg_cm[])
 643 {
 644     int       *cell_index;
 645     int        nrx, nry, nrz;
 646     rvec       n_box, offset;
 647     int        zone, ccg0, ccg1, cg, d, not_used;
 648     ivec       shift0, useall, b0, b1, ind;
 649     gmx_bool   bUse;
 650
 651     if (cg0 == -1)
 652     {
 653         /* We have already filled the grid up to grid->ncg,
 654          * continue from there.
 655          */
 656         cg0 = grid->nr;
 657     }
 658
 659     set_grid_ncg(grid, ncg_tot);
 660
 661     cell_index = grid->cell_index;
 662
 663     /* Initiate cell borders */
 664     nrx = grid->n[XX];
 665     nry = grid->n[YY];
 666     nrz = grid->n[ZZ];
 667     for (d = 0; d < DIM; d++)
 668     {
 669         if (grid->cell_size[d] > 0)
 670         {
 671             n_box[d] = 1/grid->cell_size[d];
 672         }
 673         else
 674         {
 675             n_box[d] = 0;
 676         }
 677     }
 678     copy_rvec(grid->cell_offset, offset);
 679
 680     if (debug)
 681     {
 682         fprintf(debug, "Filling grid from %d to %d\n", cg0, cg1);
 683     }
 684
 685     debug_gmx();
 686     if (dd_zones == NULL)
 687     {
 688         for (cg = cg0; cg < cg1; cg++)
 689         {
 690             for (d = 0; d < DIM; d++)
 691             {
 692                 ind[d] = (cg_cm[cg][d] - offset[d])*n_box[d];
 693                 /* With pbc we should be done here.
 694                  * Without pbc cg's outside the grid
 695                  * should be assigned to the closest grid cell.
 696                  */
 697                 if (ind[d] < 0)
 698                 {
 699                     ind[d] = 0;
 700                 }
 701                 else if (ind[d] >= grid->n[d])
 702                 {
 703                     ind[d] = grid->n[d] - 1;
 704                 }
 705             }
 706             cell_index[cg] = xyz2ci(nry, nrz, ind[XX], ind[YY], ind[ZZ]);
 707         }
 708     }
 709     else
 710     {
 711         for (zone = 0; zone < dd_zones->n; zone++)
 712         {
 713             ccg0 = dd_zones->cg_range[zone];
 714             ccg1 = dd_zones->cg_range[zone+1];
 715             if (ccg1 <= cg0 || ccg0 >= cg1)
 716             {
 717                 continue;
 718             }
 719
 720             /* Determine the ns grid cell limits for this DD zone */
 721             for (d = 0; d < DIM; d++)
 722             {
 723                 shift0[d] = dd_zones->shift[zone][d];
 724                 useall[d] = (shift0[d] == 0 || d >= grid->npbcdim);
 725                 /* Check if we need to do normal or optimized grid assignments.
 726                  * Normal is required for dims without DD or triclinic dims.
 727                  * DD edge cell on dims without pbc will be automatically
 728                  * be correct, since the shift=0 zones with have b0 and b1
 729                  * set to the grid boundaries and there are no shift=1 zones.
 730                  */
 731                 if (grid->ncpddc[d] == 0)
 732                 {
 733                     b0[d] = 0;
 734                     b1[d] = grid->n[d];
 735                 }
 736                 else
 737                 {
 738                     if (shift0[d] == 0)
 739                     {
 740                         b0[d] = 0;
 741                         b1[d] = grid->ncpddc[d];
 742                     }
 743                     else
 744                     {
 745                         /* shift = 1 */
 746                         b0[d] = grid->ncpddc[d];
 747                         b1[d] = grid->n[d];
 748                     }
 749                 }
 750             }
 751
 752             not_used = ci_not_used(grid->n);
 753
 754             /* Put all the charge groups of this DD zone on the grid */
 755             for (cg = ccg0; cg < ccg1; cg++)
 756             {
 757                 if (cell_index[cg] == -1)
 758                 {
 759                     /* This cg has moved to another node */
 760                     cell_index[cg] = NSGRID_SIGNAL_MOVED_FAC*grid->ncells;
 761                     continue;
 762                 }
 763
 764                 bUse = TRUE;
 765                 for (d = 0; d < DIM; d++)
 766                 {
 767                     ind[d] = (cg_cm[cg][d] - offset[d])*n_box[d];
 768                     /* Here we have to correct for rounding problems,
 769                      * as this cg_cm to cell index operation is not necessarily
 770                      * binary identical to the operation for the DD zone assignment
 771                      * and therefore a cg could end up in an unused grid cell.
 772                      * For dimensions without pbc we need to check
 773                      * for cells on the edge if charge groups are beyond
 774                      * the grid and if so, store them in the closest cell.
 775                      */
 776                     if (ind[d] < b0[d])
 777                     {
 778                         ind[d] = b0[d];
 779                     }
 780                     else if (ind[d] >= b1[d])
 781                     {
 782                         if (useall[d])
 783                         {
 784                             ind[d] = b1[d] - 1;
 785                         }
 786                         else
 787                         {
 788                             /* Charge groups in this DD zone further away than the cut-off
 789                              * in direction do not participate in non-bonded interactions.
 790                              */
 791                             bUse = FALSE;
 792                         }
 793                     }
 794                 }
 795                 if (cg > grid->nr_alloc)
 796                 {
 797                     fprintf(stderr, "WARNING: nra_alloc %d cg0 %d cg1 %d cg %d\n",
 798                             grid->nr_alloc, cg0, cg1, cg);
 799                 }
 800                 if (bUse)
 801                 {
 802                     cell_index[cg] = xyz2ci(nry, nrz, ind[XX], ind[YY], ind[ZZ]);
 803                 }
 804                 else
 805                 {
 806                     cell_index[cg] = not_used;
 807                 }
 808             }
 809         }
 810     }
 811     debug_gmx();
 812
 813 }
 814
 815 void check_grid(t_grid *grid)
 816 {
 817     int ix, iy, iz, ci, cci, nra;
 818
 819     if (grid->ncells <= 0)
 820     {
 821         gmx_fatal(FARGS, "Number of grid cells is zero. Probably the system and box collapsed.\n");
 822     }
 823
 824     ci  = 0;
 825     cci = 0;
 826     for (ix = 0; (ix < grid->n[XX]); ix++)
 827     {
 828         for (iy = 0; (iy < grid->n[YY]); iy++)
 829         {
 830             for (iz = 0; (iz < grid->n[ZZ]); iz++, ci++)
 831             {
 832                 if (ci > 0)
 833                 {
 834                     nra = grid->index[ci]-grid->index[cci];
 835                     if (nra != grid->nra[cci])
 836                     {
 837                         gmx_fatal(FARGS, "nra=%d, grid->nra=%d, cci=%d",
 838                                   nra, grid->nra[cci], cci);
 839                     }
 840                 }
 841                 cci = xyz2ci(grid->n[YY], grid->n[ZZ], ix, iy, iz);
 842                 range_check_mesg(cci, 0, grid->ncells, range_warn);
 843
 844                 if (cci != ci)
 845                 {
 846                     gmx_fatal(FARGS, "ci = %d, cci = %d", ci, cci);
 847                 }
 848             }
 849         }
 850     }
 851 }
 852
 853 void print_grid(FILE *log, t_grid *grid)
 854 {
 855     int i, nra, index;
 856     int ix, iy, iz, ci;
 857
 858     fprintf(log, "nr:        %d\n", grid->nr);
 859     fprintf(log, "nrx:       %d\n", grid->n[XX]);
 860     fprintf(log, "nry:       %d\n", grid->n[YY]);
 861     fprintf(log, "nrz:       %d\n", grid->n[ZZ]);
 862     fprintf(log, "ncg_ideal: %d\n", grid->ncg_ideal);
 863     fprintf(log, "    i  cell_index\n");
 864     for (i = 0; (i < grid->nr); i++)
 865     {
 866         fprintf(log, "%5d  %5d\n", i, grid->cell_index[i]);
 867     }
 868     fprintf(log, "cells\n");
 869     fprintf(log, " ix iy iz   nr  index  cgs...\n");
 870     ci = 0;
 871     for (ix = 0; (ix < grid->n[XX]); ix++)
 872     {
 873         for (iy = 0; (iy < grid->n[YY]); iy++)
 874         {
 875             for (iz = 0; (iz < grid->n[ZZ]); iz++, ci++)
 876             {
 877                 index = grid->index[ci];
 878                 nra   = grid->nra[ci];
 879                 fprintf(log, "%3d%3d%3d%5d%5d", ix, iy, iz, nra, index);
 880                 for (i = 0; (i < nra); i++)
 881                 {
 882                     fprintf(log, "%5d", grid->a[index+i]);
 883                 }
 884                 fprintf(log, "\n");
 885             }
 886         }
 887     }
 888     fflush(log);
 889 }