vel scaling fixed/changed
[physik/posic.git] / moldyn.h
index d98b428..63dd14f 100644 (file)
--- a/moldyn.h
+++ b/moldyn.h
 #include "list/list.h"
 
 
-/* datatypes */
+/*
+ * 
+ * datatypes
+ *
+ */
 
+/* general */
 typedef unsigned char u8;
 
 /* the atom of the md simulation */
-
 typedef struct s_atom {
        t_3dvec r;              /* position */
        t_3dvec v;              /* velocity */
@@ -37,7 +41,6 @@ typedef struct s_atom {
 #define ATOM_ATTR_3BP  0x40    /* 3 body potential */ 
 
 /* cell lists */
-
 typedef struct s_linkcell {
        int nx,ny,nz;           /* amount of cells in x, y and z direction */
        int cells;              /* total amount of cells */
@@ -50,111 +53,204 @@ typedef struct s_linkcell {
 
 #include "visual/visual.h"
 
-# moldyn structure */
+/* moldyn schedule structure */
+typedef struct s_moldyn_schedule {
+       int content_count;
+       int *runs;
+       double *tau;
+       int (*hook)(void *moldyn,void *hook);
+       void *hook_params;
+} t_moldyn_schedule;
 
+/* moldyn main structure */
 typedef struct s_moldyn {
-
        int count;              /* total amount of atoms */
        t_atom *atom;           /* pointer to the atoms */
 
        t_3dvec dim;            /* dimensions of the simulation volume */
 
        /* potential force function and parameter pointers */
-       int (*pf_func1b)(struct s_moldyn *,t_atom *);
+       int (*func1b)(struct s_moldyn *moldyn,t_atom *ai);
        void *pot1b_params;
-       int (*pf_func2b)(struct s_moldyn *,t_atom *,t_atom *);
+       int (*func2b)(struct s_moldyn *moldyn,t_atom *ai,t_atom *aj,u8 bc);
        void *pot2b_params;
-       int (*pf_func3b)(struct s_moldyn *,t_atom *,t_atom *,t_atom *);
+       int (*func3b)(struct s_moldyn *moldyn,t_atom *ai,t_atom *aj,t_atom *ak,
+                     u8 bck);
        void *pot3b_params;
        //int (*potential_force_function)(struct s_moldyn *moldyn);
 
        double cutoff;          /* cutoff radius */
        double cutoff_square;   /* square of the cutoff radius */
+       double nnd;             /* nearest neighbour distance (optional) */
 
-       t_linkcell lc;          /* linked cell method */
+       t_linkcell lc;          /* linked cell list interface */
 
        double t;               /* temperature */
 
+       /* simulation schedule */
+       t_moldyn_schedule schedule;
+       int current;            /* current position in schedule */
+
        /* integration function pointer */
        int (*integrate)(struct s_moldyn *moldyn);
        int time_steps;         /* amount of iterations */
        double tau;             /* delta t */
+       double time;            /* absolute time */
        double tau_square;      /* delta t squared */
+       double elapsed;         /* total elapsed time */
 
-       double energy;          /* energy */
+       double energy;          /* potential energy */
+       double ekin;            /* kinetic energy */
 
        t_visual vis;           /* visualization/log/save interface structure */
-       u8 lvstat;      /* log & vis properties */
+       u8 lvstat;              /* log & vis properties */
        unsigned int ewrite;    /* how often to log energy */
-       char efb[64];           /* energy log filename */
        int efd;                /* fd for energy log */
        unsigned int mwrite;    /* how often to log momentum */
-       char mfb[64];           /* momentum log filename */
        int mfd;                /* fd for momentum log */
        unsigned int vwrite;    /* how often to visualize atom information */
        char vfb[64];           /* visualization file name base */
-       void *visual;           /* pointer (hack!) */
+       //void *visual;         /* pointer (hack!) */
        unsigned int swrite;    /* how often to create a save file */
+       char sfb[64];           /* visualization file name base */
 
-       u8 status;      /* general moldyn properties */
+       u8 status;              /* general moldyn properties */
 
        t_random random;        /* random interface */
 } t_moldyn;
 
-#define MOLDYN_LVSTAT_TOTAL_E          0x01
-#define MOLDYN_LVSTAT_TOTAL_M          0x02
-#define MOLDYN_LVSTAT_SAVE             0x04
-#define MOLDYN_LVSTAT_VISUAL           0x08
-#define MOLDYN_LVSTAT_INITIALIZED      0x10
-
 #define MOLDYN_STAT_PBX                        0x08    /* periodic boudaries in x */
 #define MOLDYN_STAT_PBY                        0x10    /* y */
 #define MOLDYN_STAT_PBZ                        0x20    /* and z direction */
 
+#define MOLDYN_1BP                     0x00    /* care about single */
+#define MOLDYN_2BP                     0x01    /* 2 body */
+#define MOLDYN_3BP                     0x02    /* and 3 body particle pots */
+
+#define VSCALE_INIT_EQUI               0x00    /* initial, eq positions */
+#define VSCALE_BERENDSEN               0x01    /* berendsen control */
+
+
+/*
+ *
+ * potential parameter structures
+ *
+ */
+
+/*
+ * harmonic oscillator potential parameter structure
+ */
+
 typedef struct s_ho_params {
        double spring_constant;
        double equilibrium_distance;
 } t_ho_params;
 
+/*
+ * lennard jones potential parameter structure
+ */
+
 typedef struct s_lj_params {
        double sigma6;
        double sigma12;
        double epsilon4;
 } t_lj_params;
 
-typedef struct s_tersoff_params {
+/*
+ * tersoff 
+ */
+
+/* tersoff exchange structure to exchange 2bp and 3bp calculated values */
+typedef struct s_tersoff_exchange {
+       double f_c,df_c;
+       double f_a,df_a;
+
+       t_3dvec dist_ij;
+       double d_ij;
+       double d_ij2;
+
+       double chi;
+
+       double *B;
+       double *mu;
+
+       double *beta;
+       double *n;
+       double *c;
+       double *d;
+       double *h;
+
+       double c2;
+       double d2;
+       double c2d2;
+       double betan;
+
+       u8 run3bp;
+} t_tersoff_exchange;
+
+/* tersoff multi (2!) potential parameters */
+typedef struct s_tersoff_mult_params {
        double S[2];            /* tersoff cutoff radii */
        double R[2];            /* tersoff cutoff radii */
-       double Smixed           /* mixed S radius */
-       double Rmixed           /* mixed R radius */
+       double Smixed;          /* mixed S radius */
+       double Rmixed;          /* mixed R radius */
+       double A[2];            /* factor of tersoff attractive part */
+       double B[2];            /* factor of tersoff repulsive part */
+       double Amixed;          /* mixed A factor */
+       double Bmixed;          /* mixed B factor */
+       double lambda[2];       /* tersoff lambda */
+       double lambda_m;        /* mixed lambda */
+       double mu[2];           /* tersoff mu */
+       double mu_m;            /* mixed mu */
+
+       double chi;
+
+       double beta[2];
+       double n[2];
+       double c[2];
+       double d[2];
+       double h[2];
+
+       t_tersoff_exchange exchange;    /* exchange between 2bp and 3bp calc */
+} t_tersoff_mult_params;
+
 
-       double l_1,l_2;
-       double m_1,m_2;
-       double a_1,a_2;
-       double b_1,b_2;
-       double r_1,r_2;
-       double s_1,s_2;
-} t_tersoff_params;
 
 /*
+ *
  *  defines
+ *
  */
 
-/* general defines */
+/* default values */
 
 #define MOLDYN_TEMP                    273.0
 #define MOLDYN_TAU                     1.0e-15
-#define MOLDYN_CUTOFF                  10.0e-9
+#define MOLDYN_CUTOFF                  1.0e-9
 #define MOLDYN_RUNS                    1000000
 
+#define MOLDYN_CRITICAL_EST_TEMP       5.0
+
 #define MOLDYN_INTEGRATE_VERLET                0x00
 #define MOLDYN_INTEGRATE_DEFAULT       MOLDYN_INTEGRATE_VERLET
 
 #define MOLDYN_POTENTIAL_HO            0x00
 #define MOLDYN_POTENTIAL_LJ            0x01
-#define MOLDYN_POTENTIAL_DEFAULT       MOLDYN_POTENTIAL_LJ
+#define MOLDYN_POTENTIAL_TM            0x02
+
+#define LOG_TOTAL_ENERGY               0x01
+#define LOG_TOTAL_MOMENTUM             0x02
+#define SAVE_STEP                      0x04
+#define VISUAL_STEP                    0x08
 
-/* phsical values */
+#define TRUE                           1
+#define FALSE                          0
+
+/*
+ *
+ * phsical values / constants
+ *
+ */
 
 #define K_BOLTZMANN            1.3807e-27                      /* Nm/K */
 #define AMU                    1.660540e-27                    /* kg */
@@ -171,35 +267,66 @@ typedef struct s_tersoff_params {
 #define LJ_SIGMA_SI            ((0.25*sqrt(3.0)*LC_SI)/1.122462)       /* m */
 #define LJ_EPSILON_SI          (2.1678*1.60e-19)                       /* Nm */
 
-/* function prototypes */
 
-int moldyn_usage(char **argv);
-int moldyn_parse_argv(t_moldyn *moldyn,int argc,char **argv);
-int moldyn_log_init(t_moldyn *moldyn);
+/*
+ *
+ * function prototypes
+ *
+ */
+
+typedef int (*pf_func1b)(t_moldyn *,t_atom *ai);
+typedef int (*pf_func2b)(t_moldyn *,t_atom *,t_atom *,u8 bc);
+typedef int (*pf_func3b)(t_moldyn *,t_atom *,t_atom *,t_atom *,u8 bc);
+
 int moldyn_init(t_moldyn *moldyn,int argc,char **argv);
 int moldyn_shutdown(t_moldyn *moldyn);
 
-int create_lattice(u8 type,int element,double mass,double lc,
-                   int a,int b,int c,t_atom **atom);
-int destroy_lattice(t_atom *atom);
+int set_int_alg(t_moldyn *moldyn,u8 algo);
+int set_cutoff(t_moldyn *moldyn,double cutoff);
+int set_temperature(t_moldyn *moldyn,double t);
+int set_dim(t_moldyn *moldyn,double x,double y,double z,u8 visualize);
+int set_nn_dist(t_moldyn *moldyn,double dist);
+int set_pbc(t_moldyn *moldyn,u8 x,u8 y,u8 z);
+int set_potential1b(t_moldyn *moldyn,pf_func1b func,void *params);
+int set_potential2b(t_moldyn *moldyn,pf_func2b func,void *params);
+int set_potential3b(t_moldyn *moldyn,pf_func3b func,void *params);
+
+int moldyn_set_log(t_moldyn *moldyn,u8 type,char *fb,int timer);
+int moldyn_log_shutdown(t_moldyn *moldyn);
+
+int create_lattice(t_moldyn *moldyn,u8 type,double lc,int element,double mass,
+                   u8 attr,u8 bnum,int a,int b,int c);
+int add_atom(t_moldyn *moldyn,int element,double mass,u8 bnum,u8 attr,
+             t_3dvec *r,t_3dvec *v);
+int destroy_atoms(t_moldyn *moldyn);
+
 int thermal_init(t_moldyn *moldyn);
-int scale_velocity(t_moldyn *moldyn);
-double get_e_kin(t_atom *atom,int count);
+int scale_velocity(t_moldyn *moldyn,u8 type);
+
+double get_e_kin(t_moldyn *moldyn);
 double get_e_pot(t_moldyn *moldyn);
 double get_total_energy(t_moldyn *moldyn);
-t_3dvec get_total_p(t_atom *atom,int count);
+t_3dvec get_total_p(t_moldyn *moldyn);
 
-double estimate_time_step(t_moldyn *moldyn,double nn_dist,double t);
+double estimate_time_step(t_moldyn *moldyn,double nn_dist);
 
 int link_cell_init(t_moldyn *moldyn);
 int link_cell_update(t_moldyn *moldyn);
 int link_cell_neighbour_index(t_moldyn *moldyn,int i,int j,int k,t_list *cell);
 int link_cell_shutdown(t_moldyn *moldyn);
 
+int moldyn_add_schedule(t_moldyn *moldyn,int runs,double tau);
+int moldyn_set_schedule_hook(t_moldyn *moldyn,void *hook,void *hook_params);
+
 int moldyn_integrate(t_moldyn *moldyn);
 int velocity_verlet(t_moldyn *moldyn);
 
-int harmonic_oscillator(t_moldyn *moldyn);
-int lennard_jones(t_moldyn *moldyn);
+int potential_force_calc(t_moldyn *moldyn);
+int check_per_bound(t_moldyn *moldyn,t_3dvec *a);
+int harmonic_oscillator(t_moldyn *moldyn,t_atom *ai,t_atom *aj,u8 bc);
+int lennard_jones(t_moldyn *moldyn,t_atom *ai,t_atom *aj,u8 bc);
+int tersoff_mult_1bp(t_moldyn *moldyn,t_atom *ai);
+int tersoff_mult_2bp(t_moldyn *moldyn,t_atom *ai,t_atom *aj,u8 bc);
+int tersoff_mult_3bp(t_moldyn *moldyn,t_atom *ai,t_atom *aj,t_atom *ak,u8 bc);
 
 #endif