src/Kernel.h

   1 // --------------------------------------------------------------------------
   2 //
   3 // Copyright
   4 //   Markus Wittmann, 2016-2017
   5 //   RRZE, University of Erlangen-Nuremberg, Germany
   6 //   markus.wittmann -at- fau.de or hpc -at- rrze.fau.de
   7 //
   8 //   Viktor Haag, 2016
   9 //   LSS, University of Erlangen-Nuremberg, Germany
  10 //
  11 //  This file is part of the Lattice Boltzmann Benchmark Kernels (LbmBenchKernels).
  12 //
  13 //  LbmBenchKernels is free software: you can redistribute it and/or modify
  14 //  it under the terms of the GNU General Public License as published by
  15 //  the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
  16 //  (at your option) any later version.
  17 //
  18 //  LbmBenchKernels is distributed in the hope that it will be useful,
  19 //  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  20 //  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  21 //  GNU General Public License for more details.
  22 //
  23 //  You should have received a copy of the GNU General Public License
  24 //  along with LbmBenchKernels.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  25 //
  26 // --------------------------------------------------------------------------
  27 #ifndef __KERNEL_H__
  28 #define __KERNEL_H__
  29
  30 #include "Base.h"
  31 #include "Lattice.h"
  32
  33 #ifdef DATA_LAYOUT_NAME
  34         #error DATA_LAYOUT_NAME must not be defined here.
  35 #endif
  36
  37 #ifdef PROP_MODEL_NAME
  38         #error PROP_MODEL_NAME must not be defined here.
  39 #endif
  40
  41
  42 #ifdef DATA_LAYOUT_SOA
  43         #define DATA_LAYOUT_NAME SoA
  44 #endif
  45
  46 #ifdef DATA_LAYOUT_AOS
  47         #define DATA_LAYOUT_NAME AoS
  48 #endif
  49
  50 #ifdef PROP_MODEL_PUSH
  51         #define PROP_MODEL_NAME Push
  52 #endif
  53
  54 #ifdef PROP_MODEL_PULL
  55         #define PROP_MODEL_NAME Pull
  56 #endif
  57
  58 #ifdef PROP_MODEL_AA
  59         #define PROP_MODEL_NAME Aa
  60 #endif
  61
  62
  63 #ifdef PRECISION_DP
  64         typedef double  PdfT;
  65 #elif defined(PRECISION_SP)
  66         typedef float   PdfT;
  67 #else
  68         #error PRECISION must be defined as dp or sp.
  69 #endif
  70
  71         #define F(number)       (PdfT)(number)
  72
  73
  74 #define D3Q19
  75
  76
  77 #define N_D3Q19         19
  78
  79 #define D3Q19_N         0
  80 #define D3Q19_S         1
  81 #define D3Q19_E         2
  82 #define D3Q19_W         3
  83
  84 #define D3Q19_NE        4
  85 #define D3Q19_SE        5
  86 #define D3Q19_NW        6
  87 #define D3Q19_SW        7
  88
  89 #define D3Q19_T         8
  90 #define D3Q19_TN        9
  91 #define D3Q19_TE        10
  92 #define D3Q19_TW        11
  93 #define D3Q19_TS        12
  94
  95 #define D3Q19_B         13
  96 #define D3Q19_BS        14
  97 #define D3Q19_BN        15
  98 #define D3Q19_BW        16
  99 #define D3Q19_BE        17
 100
 101 #define D3Q19_C         18              // IMPORTANT: Center particle must be the last one.
 102
 103 // ---
 104
 105 #ifdef X
 106         #error X is not allowed to be defined here!
 107 #endif
 108
 109 // The following list must be sorted ascending according
 110 // to the index of the direction, i.e. D3Q19_N, D3Q19_S, ...
 111 #define D3Q19_LIST \
 112         X(N,  D3Q19_N,  D3Q19_S,          0,  1,  0) \
 113         X(S,  D3Q19_S,  D3Q19_N,          0, -1,  0) \
 114         X(E,  D3Q19_E,  D3Q19_W,          1,  0,  0) \
 115         X(W,  D3Q19_W,  D3Q19_E,         -1,  0,  0) \
 116         X(NE, D3Q19_NE, D3Q19_SW,         1,  1,  0) \
 117         X(SE, D3Q19_SE, D3Q19_NW,         1, -1,  0) \
 118         X(NW, D3Q19_NW, D3Q19_SE,        -1,  1,  0) \
 119         X(SW, D3Q19_SW, D3Q19_NE,        -1, -1,  0) \
 120         X(T,  D3Q19_T,  D3Q19_B,          0,  0,  1) \
 121         X(TN, D3Q19_TN, D3Q19_BS,         0,  1,  1) \
 122         X(TE, D3Q19_TE, D3Q19_BW,     1,  0,  1) \
 123         X(TW, D3Q19_TW, D3Q19_BE,    -1,  0,  1) \
 124         X(TS, D3Q19_TS, D3Q19_BN,     0, -1,  1) \
 125         X(B,  D3Q19_B,  D3Q19_T,          0,  0, -1) \
 126         X(BS, D3Q19_BS, D3Q19_TN,     0, -1, -1) \
 127         X(BN, D3Q19_BN, D3Q19_TS,     0,  1, -1) \
 128         X(BW, D3Q19_BW, D3Q19_TE,    -1,  0, -1) \
 129         X(BE, D3Q19_BE, D3Q19_TW,     1,  0, -1) \
 130         X(C,  D3Q19_C,  D3Q19_C,          0,  0,  0)
 131
 132 #define D3Q19_LIST_WO_C \
 133         X(N,  D3Q19_N,  D3Q19_S,          0,  1,  0) \
 134         X(S,  D3Q19_S,  D3Q19_N,          0, -1,  0) \
 135         X(E,  D3Q19_E,  D3Q19_W,          1,  0,  0) \
 136         X(W,  D3Q19_W,  D3Q19_E,         -1,  0,  0) \
 137         X(NE, D3Q19_NE, D3Q19_SW,         1,  1,  0) \
 138         X(SE, D3Q19_SE, D3Q19_NW,         1, -1,  0) \
 139         X(NW, D3Q19_NW, D3Q19_SE,        -1,  1,  0) \
 140         X(SW, D3Q19_SW, D3Q19_NE,        -1, -1,  0) \
 141         X(T,  D3Q19_T,  D3Q19_B,          0,  0,  1) \
 142         X(TN, D3Q19_TN, D3Q19_BS,         0,  1,  1) \
 143         X(TE, D3Q19_TE, D3Q19_BW,     1,  0,  1) \
 144         X(TW, D3Q19_TW, D3Q19_BE,    -1,  0,  1) \
 145         X(TS, D3Q19_TS, D3Q19_BN,     0, -1,  1) \
 146         X(B,  D3Q19_B,  D3Q19_T,          0,  0, -1) \
 147         X(BS, D3Q19_BS, D3Q19_TN,     0, -1, -1) \
 148         X(BN, D3Q19_BN, D3Q19_TS,     0,  1, -1) \
 149         X(BW, D3Q19_BW, D3Q19_TE,    -1,  0, -1) \
 150         X(BE, D3Q19_BE, D3Q19_TW,     1,  0, -1)
 151
 152
 153 extern int D3Q19_X[N_D3Q19];
 154 extern int D3Q19_Y[N_D3Q19];
 155 extern int D3Q19_Z[N_D3Q19];
 156 extern int D3Q19_INV[N_D3Q19];
 157
 158 extern const char * D3Q19_NAMES[N_D3Q19];
 159
 160
 161
 162 typedef struct CaseData_ {
 163         PdfT Omega;
 164         PdfT RhoIn;
 165         PdfT RhoOut;
 166         PdfT Ux;
 167         PdfT Uy;
 168         PdfT Uz;
 169         PdfT XForce;
 170         int MaxIterations;
 171         int VtkOutput;
 172         int VtkModulus;
 173         int StatisticsModulus;
 174 } CaseData;
 175
 176
 177 typedef struct KernelData_ {
 178         PdfT * Pdfs[2];
 179         PdfT * SrcPdfs;
 180         PdfT * DstPdfs;
 181         PdfT * PdfsActive;
 182         int Dims[3];
 183         int GlobalDims[3];
 184         int Offsets[3];
 185         int * ObstIndices;
 186         int nObstIndices;
 187         int * BounceBackPdfsSrc;
 188         int * BounceBackPdfsDst;
 189         int nBounceBackPdfs;
 190
 191         void (* BoundaryConditionsGetPdf)(struct KernelData_ * kd, int x, int y, int z, int dir, PdfT * pdf);
 192         void (* BoundaryConditionsSetPdf)(struct KernelData_ * kd, int x, int y, int z, int dir, PdfT pdf);
 193
 194         void (* GetNode)(struct KernelData_ * kd, int x, int y, int z, PdfT * pdfs);
 195         void (* SetNode)(struct KernelData_ * kd, int x, int y, int z, PdfT * pdfs);
 196
 197         void (* Kernel)(LatticeDesc * ld, struct KernelData_ * kd, CaseData * cd);
 198
 199 } KernelData;
 200
 201 typedef struct Parameters_ {
 202         int nArgs;
 203         char ** Args;
 204         int nKernelArgs;
 205         char ** KernelArgs;
 206 } Parameters;
 207
 208 void KernelComputeBoundaryConditions(KernelData * kd, LatticeDesc * ld, CaseData * cd);
 209
 210 PdfT KernelDensity(KernelData * kd, LatticeDesc * ld);
 211
 212 void KernelStatistics(KernelData * kd, LatticeDesc * ld, CaseData * cd, int iteration);
 213 void KernelStatisticsAdv(KernelData * kd, LatticeDesc * ld, CaseData * cd, int iteration, int forceOutput);
 214
 215
 216 void KernelSetInitialDensity (LatticeDesc * ld, KernelData * kd, CaseData * cd);
 217 void KernelSetInitialVelocity(LatticeDesc * ld, KernelData * kd, CaseData * cd);
 218
 219 void KernelVerifiy(LatticeDesc * ld, KernelData * kd, CaseData * cd, PdfT * errorNorm);
 220
 221 void KernelAddBodyForce(KernelData * kd, LatticeDesc * ld, CaseData * cd);
 222
 223 #endif // __KERNEL_H__