src/gromacs/mdlib/qm_gamess.cpp

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
   5  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team.
   6  * Copyright (c) 2013,2014,2015, 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/fileio/confio.h"
  49 #include "gromacs/legacyheaders/force.h"
  50 #include "gromacs/legacyheaders/macros.h"
  51 #include "gromacs/legacyheaders/names.h"
  52 #include "gromacs/legacyheaders/network.h"
  53 #include "gromacs/legacyheaders/nrnb.h"
  54 #include "gromacs/legacyheaders/ns.h"
  55 #include "gromacs/legacyheaders/qmmm.h"
  56 #include "gromacs/legacyheaders/txtdump.h"
  57 #include "gromacs/legacyheaders/typedefs.h"
  58 #include "gromacs/legacyheaders/types/commrec.h"
  59 #include "gromacs/math/units.h"
  60 #include "gromacs/math/vec.h"
  61 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  62 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  63
  64
  65 /* QMMM sub routines */
  66 /* mopac interface routines */
  67
  68
  69 void
  70     F77_FUNC(inigms, IMIGMS) (void);
  71
  72 void
  73     F77_FUNC(endgms, ENDGMS) (void);
  74
  75 void
  76     F77_FUNC(grads, GRADS) (int *nrqmat, real *qmcrd, int *nrmmat, real *mmchrg,
  77                             real *mmcrd, real *qmgrad, real *mmgrad, real *energy);
  78
  79
  80
  81 void init_gamess(t_commrec *cr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm)
  82 {
  83     /* it works hopelessly complicated :-)
  84      * first a file is written. Then the standard gamess input/output
  85      * routine is called (no system()!) to set up all fortran arrays.
  86      * this routine writes a punch file, like in a normal gamess run.
  87      * via this punch file the other games routines, needed for gradient
  88      * and energy evaluations are called. This setup works fine for
  89      * dynamics simulations. 7-6-2002 (London)
  90      */
  91     int
  92         i, j;
  93     FILE
  94        *out;
  95     char
  96         periodic_system[37][3] = {
  97         "XX", "H ", "He", "Li", "Be", "B ", "C ", "N ",
  98         "O ", "F ", "Ne", "Na", "Mg", "Al", "Si", "P ",
  99         "S ", "Cl", "Ar", "K ", "Ca", "Sc", "Ti", "V ",
 100         "Cr", "Mn", "Fe", "Co", "Ni", "Cu", "Zn", "Ga",
 101         "Ge", "As", "Se", "Br", "Kr"
 102     };
 103
 104     if (PAR(cr))
 105     {
 106
 107         if (MASTER(cr))
 108         {
 109             out = fopen("FOR009", "w");
 110             /* of these options I am not completely sure....  the overall
 111              * preformance on more than 4 cpu's is rather poor at the moment.
 112              */
 113             fprintf(out, "memory 48000000\nPARALLEL IOMODE SCREENED\n");
 114             fprintf(out, "ELEC %d\nMULT %d\nSUPER ON\nNOSYM\nGEOMETRY ANGSTROM\n",
 115                     qm->nelectrons, qm->multiplicity);
 116             for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 117             {
 118 #ifdef DOUBLE
 119                 fprintf(out, "%10.7lf  %10.7lf  %10.7lf  %5.3lf  %2s\n",
 120                         i/2.,
 121                         i/3.,
 122                         i/4.,
 123                         qm->atomicnumberQM[i]*1.0,
 124                         periodic_system[qm->atomicnumberQM[i]]);
 125 #else
 126                 fprintf(out, "%10.7f  %10.7f  %10.7f  %5.3f  %2s\n",
 127                         i/2.,
 128                         i/3.,
 129                         i/4.,
 130                         qm->atomicnumberQM[i]*1.0,
 131                         periodic_system[qm->atomicnumberQM[i]]);
 132 #endif
 133             }
 134             if (mm->nrMMatoms)
 135             {
 136                 for (j = i; j < i+2; j++)
 137                 {
 138 #ifdef DOUBLE
 139                     fprintf(out, "%10.7lf  %10.7lf  %10.7lf  %5.3lf  BQ\n",
 140                             j/5.,
 141                             j/6.,
 142                             j/7.,
 143                             1.0);
 144 #else
 145                     fprintf(out, "%10.7f  %10.7f  %10.7f  %5.3f  BQ\n",
 146                             j/5.,
 147                             j/6.,
 148                             j/7.,
 149                             2.0);
 150 #endif
 151                 }
 152             }
 153             if (!qm->bTS)
 154             {
 155                 fprintf(out, "END\nBASIS %s\nRUNTYPE GRADIENT\nSCFTYPE %s\n",
 156                         eQMbasis_names[qm->QMbasis],
 157                         eQMmethod_names[qm->QMmethod]); /* see enum.h */
 158             }
 159             else
 160             {
 161                 fprintf(out, "END\nBASIS %s\nRUNTYPE SADDLE\nSCFTYPE %s\n",
 162                         eQMbasis_names[qm->QMbasis],
 163                         eQMmethod_names[qm->QMmethod]); /* see enum.h */
 164             }
 165             fclose(out);
 166         }
 167         gmx_barrier(cr);
 168         F77_FUNC(inigms, IMIGMS) ();
 169     }
 170     else /* normal serial run */
 171
 172     {
 173         out = fopen("FOR009", "w");
 174         /* of these options I am not completely sure....  the overall
 175          * preformance on more than 4 cpu's is rather poor at the moment.
 176          */
 177         fprintf(out, "ELEC %d\nMULT %d\nSUPER ON\nNOSYM\nGEOMETRY ANGSTROM\n",
 178                 qm->nelectrons, qm->multiplicity);
 179         for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 180         {
 181 #ifdef DOUBLE
 182             fprintf(out, "%10.7lf  %10.7lf  %10.7lf  %5.3lf  %2s\n",
 183                     i/2.,
 184                     i/3.,
 185                     i/4.,
 186                     qm->atomicnumberQM[i]*1.0,
 187                     periodic_system[qm->atomicnumberQM[i]]);
 188 #else
 189             fprintf(out, "%10.7f  %10.7f  %10.7f  %5.3f  %2s\n",
 190                     i/2.,
 191                     i/3.,
 192                     i/4.,
 193                     qm->atomicnumberQM[i]*1.0,
 194                     periodic_system[qm->atomicnumberQM[i]]);
 195 #endif
 196         }
 197         if (mm->nrMMatoms)
 198         {
 199             for (j = i; j < i+2; j++)
 200             {
 201 #ifdef DOUBLE
 202                 fprintf(out, "%10.7lf  %10.7lf  %10.7lf  %5.3lf  BQ\n",
 203                         j/5.,
 204                         j/6.,
 205                         j/7.,
 206                         1.0);
 207 #else
 208                 fprintf(out, "%10.7f  %10.7f  %10.7f  %5.3f  BQ\n",
 209                         j/5.,
 210                         j/6.,
 211                         j/7.,
 212                         2.0);
 213 #endif
 214             }
 215         }
 216         if (!qm->bTS)
 217         {
 218             fprintf(out, "END\nBASIS %s\nRUNTYPE GRADIENT\nSCFTYPE %s\n",
 219                     eQMbasis_names[qm->QMbasis],
 220                     eQMmethod_names[qm->QMmethod]); /* see enum.h */
 221         }
 222         else
 223         {
 224             fprintf(out, "END\nBASIS %s\nRUNTYPE SADDLE\nSCFTYPE %s\n",
 225                     eQMbasis_names[qm->QMbasis],
 226                     eQMmethod_names[qm->QMmethod]); /* see enum.h */
 227         }
 228         F77_FUNC(inigms, IMIGMS) ();
 229     }
 230 }
 231
 232 real call_gamess(t_forcerec *fr, t_QMrec *qm, t_MMrec *mm,
 233                  rvec f[], rvec fshift[])
 234 {
 235     /* do the actual QMMM calculation using GAMESS-UK. In this
 236      * implementation (3-2001) a system call is made to the GAMESS-UK
 237      * binary. Now we are working to get the electron integral, SCF, and
 238      * gradient routines linked directly
 239      */
 240     int
 241         i, j;
 242     real
 243         QMener = 0.0, *qmgrad, *mmgrad, *mmcrd, *qmcrd, energy;
 244     t_QMMMrec
 245        *qr;
 246
 247     /* copy the QMMMrec pointer */
 248     qr = fr->qr;
 249     snew(qmcrd, 3*(qm->nrQMatoms));
 250     snew(mmcrd, 3*(mm->nrMMatoms));
 251     snew(qmgrad, 3*(qm->nrQMatoms));
 252     snew(mmgrad, 3*(mm->nrMMatoms));
 253
 254     /* copy the data from qr into the arrays that are going to be used
 255      * in the fortran routines of gamess
 256      */
 257     for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 258     {
 259         for (j = 0; j < DIM; j++)
 260         {
 261             qmcrd[DIM*i+j] = 1/BOHR2NM*qm->xQM[i][j];
 262         }
 263     }
 264     for (i = 0; i < mm->nrMMatoms; i++)
 265     {
 266         for (j = 0; j < DIM; j++)
 267         {
 268             mmcrd[DIM*i+j] = 1/BOHR2NM*mm->xMM[i][j];
 269         }
 270     }
 271     for (i = 0; i < 3*qm->nrQMatoms; i += 3)
 272     {
 273         fprintf(stderr, "%8.5f, %8.5f, %8.5f\n",
 274                 qmcrd[i],
 275                 qmcrd[i+1],
 276                 qmcrd[i+2]);
 277     }
 278
 279     F77_FUNC(grads, GRADS) (&qm->nrQMatoms, qmcrd, &mm->nrMMatoms, mm->MMcharges,
 280                             mmcrd, qmgrad, mmgrad, &energy);
 281
 282     for (i = 0; i < qm->nrQMatoms; i++)
 283     {
 284         for (j = 0; j < DIM; j++)
 285         {
 286             f[i][j]      = HARTREE_BOHR2MD*qmgrad[3*i+j];
 287             fshift[i][j] = HARTREE_BOHR2MD*qmgrad[3*i+j];
 288         }
 289     }
 290     for (i = 0; i < mm->nrMMatoms; i++)
 291     {
 292         for (j = 0; j < DIM; j++)
 293         {
 294             f[i][j]      = HARTREE_BOHR2MD*mmgrad[3*i+j];
 295             fshift[i][j] = HARTREE_BOHR2MD*mmgrad[3*i+j];
 296         }
 297     }
 298     /* convert a.u to kJ/mol */
 299     QMener = energy*HARTREE2KJ*AVOGADRO;
 300     return(QMener);
 301 }
 302
 303 #else
 304 int
 305     gmx_qmmm_gamess_empty;
 306 #endif