src/gromacs/mdlib/qm_gamess.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 #include "gmxpre.h"
  38
  39 #include "config.h"
  40
  41 #ifdef GMX_QMMM_GAMESS
  42
  43 #include <math.h>
  44 #include <stdio.h>
  45 #include <stdlib.h>
  46 #include <string.h>
  47
  48 #include "gromacs/legacyheaders/typedefs.h"
  49 #include "gromacs/legacyheaders/macros.h"
  50 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  51 #include "gromacs/math/units.h"
  52 #include "gromacs/math/vec.h"
  53 #include "gromacs/legacyheaders/force.h"
  54 #include "gromacs/fileio/confio.h"
  55 #include "gromacs/legacyheaders/names.h"
  56 #include "gromacs/legacyheaders/network.h"
  57 #include "gromacs/legacyheaders/ns.h"
  58 #include "gromacs/legacyheaders/nrnb.h"
  59 #include "gromacs/legacyheaders/txtdump.h"
  60 #include "gromacs/legacyheaders/qmmm.h"
  61 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  62
  63
  64 /* QMMM sub routines */
  65 /* mopac interface routines */
  66
  67
  68 void
  69 F77_FUNC(inigms, IMIGMS) (void);
  70
  71 void
  72 F77_FUNC(endgms, ENDGMS) (void);
  73
  74 void
  75 F77_FUNC(grads, GRADS) (int *nrqmat, real *qmcrd, int *nrmmat, real *mmchrg,
  76                         real *mmcrd, real *qmgrad, real *mmgrad, real *energy);
  77
  78
  79
  80 void init_gamess(t_commrec *cr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm)
  81 {
  82     /* it works hopelessly complicated :-)
  83      * first a file is written. Then the standard gamess input/output
  84      * routine is called (no system()!) to set up all fortran arrays.
  85      * this routine writes a punch file, like in a normal gamess run.
  86      * via this punch file the other games routines, needed for gradient
  87      * and energy evaluations are called. This setup works fine for
  88      * dynamics simulations. 7-6-2002 (London)
  89      */
  90     int
  91         i, j, rank;
  92     FILE
  93        *out;
  94     char
  95         periodic_system[37][3] = {
  96         "XX", "H ", "He", "Li", "Be", "B ", "C ", "N ",
  97         "O ", "F ", "Ne", "Na", "Mg", "Al", "Si", "P ",
  98         "S ", "Cl", "Ar", "K ", "Ca", "Sc", "Ti", "V ",
  99         "Cr", "Mn", "Fe", "Co", "Ni", "Cu", "Zn", "Ga",
 100         "Ge", "As", "Se", "Br", "Kr"
 101     };
 102
 103     if (PAR(cr))
 104     {
 105
 106         if (MASTER(cr))
 107         {
 108             out = fopen("FOR009", "w");
 109             /* of these options I am not completely sure....  the overall
 110              * preformance on more than 4 cpu's is rather poor at the moment.
 111              */
 112             fprintf(out, "memory 48000000\nPARALLEL IOMODE SCREENED\n");
 113             fprintf(out, "ELEC %d\nMULT %d\nSUPER ON\nNOSYM\nGEOMETRY ANGSTROM\n",
 114                     qm->nelectrons, qm->multiplicity);
 115             for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 116             {
 117 #ifdef DOUBLE
 118                 fprintf(out, "%10.7lf  %10.7lf  %10.7lf  %5.3lf  %2s\n",
 119                         i/2.,
 120                         i/3.,
 121                         i/4.,
 122                         qm->atomicnumberQM[i]*1.0,
 123                         periodic_system[qm->atomicnumberQM[i]]);
 124 #else
 125                 fprintf(out, "%10.7f  %10.7f  %10.7f  %5.3f  %2s\n",
 126                         i/2.,
 127                         i/3.,
 128                         i/4.,
 129                         qm->atomicnumberQM[i]*1.0,
 130                         periodic_system[qm->atomicnumberQM[i]]);
 131 #endif
 132             }
 133             if (mm->nrMMatoms)
 134             {
 135                 for (j = i; j < i+2; j++)
 136                 {
 137 #ifdef DOUBLE
 138                     fprintf(out, "%10.7lf  %10.7lf  %10.7lf  %5.3lf  BQ\n",
 139                             j/5.,
 140                             j/6.,
 141                             j/7.,
 142                             1.0);
 143 #else
 144                     fprintf(out, "%10.7f  %10.7f  %10.7f  %5.3f  BQ\n",
 145                             j/5.,
 146                             j/6.,
 147                             j/7.,
 148                             2.0);
 149 #endif
 150                 }
 151             }
 152             if (!qm->bTS)
 153             {
 154                 fprintf(out, "END\nBASIS %s\nRUNTYPE GRADIENT\nSCFTYPE %s\n",
 155                         eQMbasis_names[qm->QMbasis],
 156                         eQMmethod_names[qm->QMmethod]); /* see enum.h */
 157             }
 158             else
 159             {
 160                 fprintf(out, "END\nBASIS %s\nRUNTYPE SADDLE\nSCFTYPE %s\n",
 161                         eQMbasis_names[qm->QMbasis],
 162                         eQMmethod_names[qm->QMmethod]); /* see enum.h */
 163             }
 164             fclose(out);
 165         }
 166         gmx_barrier(cr);
 167         F77_FUNC(inigms, IMIGMS) ();
 168     }
 169     else /* normal serial run */
 170
 171     {
 172         out = fopen("FOR009", "w");
 173         /* of these options I am not completely sure....  the overall
 174          * preformance on more than 4 cpu's is rather poor at the moment.
 175          */
 176         fprintf(out, "ELEC %d\nMULT %d\nSUPER ON\nNOSYM\nGEOMETRY ANGSTROM\n",
 177                 qm->nelectrons, qm->multiplicity);
 178         for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 179         {
 180 #ifdef DOUBLE
 181             fprintf(out, "%10.7lf  %10.7lf  %10.7lf  %5.3lf  %2s\n",
 182                     i/2.,
 183                     i/3.,
 184                     i/4.,
 185                     qm->atomicnumberQM[i]*1.0,
 186                     periodic_system[qm->atomicnumberQM[i]]);
 187 #else
 188             fprintf(out, "%10.7f  %10.7f  %10.7f  %5.3f  %2s\n",
 189                     i/2.,
 190                     i/3.,
 191                     i/4.,
 192                     qm->atomicnumberQM[i]*1.0,
 193                     periodic_system[qm->atomicnumberQM[i]]);
 194 #endif
 195         }
 196         if (mm->nrMMatoms)
 197         {
 198             for (j = i; j < i+2; j++)
 199             {
 200 #ifdef DOUBLE
 201                 fprintf(out, "%10.7lf  %10.7lf  %10.7lf  %5.3lf  BQ\n",
 202                         j/5.,
 203                         j/6.,
 204                         j/7.,
 205                         1.0);
 206 #else
 207                 fprintf(out, "%10.7f  %10.7f  %10.7f  %5.3f  BQ\n",
 208                         j/5.,
 209                         j/6.,
 210                         j/7.,
 211                         2.0);
 212 #endif
 213             }
 214         }
 215         if (!qm->bTS)
 216         {
 217             fprintf(out, "END\nBASIS %s\nRUNTYPE GRADIENT\nSCFTYPE %s\n",
 218                     eQMbasis_names[qm->QMbasis],
 219                     eQMmethod_names[qm->QMmethod]); /* see enum.h */
 220         }
 221         else
 222         {
 223             fprintf(out, "END\nBASIS %s\nRUNTYPE SADDLE\nSCFTYPE %s\n",
 224                     eQMbasis_names[qm->QMbasis],
 225                     eQMmethod_names[qm->QMmethod]); /* see enum.h */
 226         }
 227         F77_FUNC(inigms, IMIGMS) ();
 228     }
 229 }
 230
 231 real call_gamess(t_commrec *cr, t_forcerec *fr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm,
 232                  rvec f[], rvec fshift[])
 233 {
 234     /* do the actual QMMM calculation using GAMESS-UK. In this
 235      * implementation (3-2001) a system call is made to the GAMESS-UK
 236      * binary. Now we are working to get the electron integral, SCF, and
 237      * gradient routines linked directly
 238      */
 239     int
 240         i, j, rank;
 241     real
 242         QMener = 0.0, *qmgrad, *mmgrad, *mmcrd, *qmcrd, energy;
 243     t_QMMMrec
 244        *qr;
 245
 246     /* copy the QMMMrec pointer */
 247     qr = fr->qr;
 248     snew(qmcrd, 3*(qm->nrQMatoms));
 249     snew(mmcrd, 3*(mm->nrMMatoms));
 250     snew(qmgrad, 3*(qm->nrQMatoms));
 251     snew(mmgrad, 3*(mm->nrMMatoms));
 252
 253     /* copy the data from qr into the arrays that are going to be used
 254      * in the fortran routines of gamess
 255      */
 256     for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 257     {
 258         for (j = 0; j < DIM; j++)
 259         {
 260             qmcrd[DIM*i+j] = 1/BOHR2NM*qm->xQM[i][j];
 261         }
 262     }
 263     for (i = 0; i < mm->nrMMatoms; i++)
 264     {
 265         for (j = 0; j < DIM; j++)
 266         {
 267             mmcrd[DIM*i+j] = 1/BOHR2NM*mm->xMM[i][j];
 268         }
 269     }
 270     for (i = 0; i < 3*qm->nrQMatoms; i += 3)
 271     {
 272         fprintf(stderr, "%8.5f, %8.5f, %8.5f\n",
 273                 qmcrd[i],
 274                 qmcrd[i+1],
 275                 qmcrd[i+2]);
 276     }
 277
 278     F77_FUNC(grads, GRADS) (&qm->nrQMatoms, qmcrd, &mm->nrMMatoms, mm->MMcharges,
 279                             mmcrd, qmgrad, mmgrad, &energy);
 280
 281     for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 282     {
 283         for (j = 0; j < DIM; j++)
 284         {
 285             f[i][j]      = HARTREE_BOHR2MD*qmgrad[3*i+j];
 286             fshift[i][j] = HARTREE_BOHR2MD*qmgrad[3*i+j];
 287         }
 288     }
 289     for (i = 0; i < mm->nrMMatoms; i++)
 290     {
 291         for (j = 0; j < DIM; j++)
 292         {
 293             f[i][j]      = HARTREE_BOHR2MD*mmgrad[3*i+j];
 294             fshift[i][j] = HARTREE_BOHR2MD*mmgrad[3*i+j];
 295         }
 296     }
 297     /* convert a.u to kJ/mol */
 298     QMener = energy*HARTREE2KJ*AVOGADRO;
 299     return(QMener);
 300 }
 301
 302 #else
 303 int
 304     gmx_qmmm_gamess_empty;
 305 #endif