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OOMMF 2D微磁求解器教程与关键技术概述
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更新于2024-06-18
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本文是一份关于微磁模拟软件OOMMF的教程笔记,主要针对的是OOMMF 2D微磁求解器mmSolve2D及其相关功能的详细介绍。作者首先解释了"步进"和"步长"这两个术语在软件中的具体含义,"step"代表一个动作步骤或前进后退,而"stepsize"则指过程中的间隔或增量,如时间步长或距离步长。 102D微磁求解器是OOMMF的核心组件,用于解决三维自旋问题,但在二维网格上执行。它相较于Oxs求解器更早开发,可能在灵活性和可扩展性上有所限制。用户被推荐优先使用Oxs求解器,但当需要与OOMMF批处理系统协同工作时,可以使用命令行驱动的batchsolve接口。 输入微磁问题的定义通常采用MIF1.1格式,尽管与Oxs的MIF2.x格式不兼容,但可通过mifconvert工具进行格式转换。对于使用位图掩码文件的情况,需要注意的是,如果掩码文件不是PPMP3(文本)格式,可能需要特定的Tk依赖性处理。 mmSolve2D提供两种接口,一个是图形化的用户界面batchsolve,另一个是命令行驱动的接口,这使得用户可以根据需求选择不同的操作方式。此外,软件还支持数据表、数据图、矢量场显示以及数据存储等功能,如mmDataTable用于展示数据,mmGraph用于图形化数据,mmDisp则用于矢量场的可视化,mmArchive负责数据存储,而mmHelp则提供帮助文档查看。 这篇教程详细介绍了软件的操作流程和技术细节,对希望学习和使用OOMMF进行微磁模拟研究的用户来说,是一份宝贵的参考资料。通过阅读和实践,用户可以更好地掌握这款软件,从而在实际应用中解决复杂的微磁问题。
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与大多数 OOMMF 包不同,OBS 主要由命令行或 shell(批处理)脚本驱动。OBS 程序使用引
导程序从命令行启动。
10.2.1 2D 微磁求解器批处理界面:batchsolve。
概述
batchsolve 程序为 OOMMF 2D 微磁计算引擎提供了一个简单的命令行界面。
启动
batchsolve 程序由命令行启动:
tclsh oommf.tcl batchsolve [standard options]
[-end_exit <0|1>] [-end_paused] [-interface <0|1>] \
[-restart <0|1>] [-start_paused] [file]
-end_exit <0|1> 是否在 batchsolve.tcl 运行结束后退出该程序。从命令行启动时,默认情况
是 file 中的微磁问题求解完成后再退出的。当 batchsolve 是另一个脚本启动的,比如
batchslave.tcl,默认情况下是等待调用程序的指示。
-interface <0|1> 是否向帐户服务目录程序注册,以便 mmLaunch 可以提供交互界面。默认
值=1(注册),这将根据需要自动启动帐户服务目录和主机服务目录程序。
-start_paused 加载微磁问题后暂停求解器。
-end_paused 暂停求解器,并在 batchsolve.tcl 运行结束后进入事件循环。(其效果取决于 Tk
是否加载)
-restart <0|1> 确 定 加 载 新 微 磁 问 题 时 求 解 器 的 行 为 。 如 果 为 1 , 则 求 解 器 将 查 找
basename.log 和 basename*.omf 文件,从最后一次保存的状态重新运行。(其中 basename
是 MIF 1.1 微磁问题文件中指定的“Base Output Filename”)。如果找不到这些文件,则会发
出警告,求解器会从头开始求解微磁问题(-restart 0)。指定的-restart 设置适用于输入到求
解器的所有微磁问题文件,而不仅仅是第一个微磁问题文件。
file 立即加载并运行指定的 MIF 1.x 文件。
输入文件 file 应该是包含 1.x 格式的微磁问题,如 mmProbEd 生成的文件。批处理求解器会
为该文件搜索多个目录,包括当前工作目录、data 和 scripts 子目录,以及与 app/mmsolve
和 app/mmpe 相关的目录。参考 batchsolve.tcl 文件中的 mif_path 变量查看完整的目录列表。
如果将-interface 设置为 1(已启用),batchsolve 将在帐户服务目录程序注册,并且 mmLaunch
会提供一个手动交互界面,batchsolve 的界面和 mmSolve2D 有类似的控制方式,允许用户暂
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停、取消暂停和终止当前模拟,以及添加监控求解器进度的显示程序。如果需要更多手动控
制,则应使用 mmSolve2D。
如果-interface 为 0(已禁用),则 batchsolve 不会注册,于是它没有手动交互界面。如果
batchsolve 是由另一个脚本程序(如 batchslave.tcl)启动的,那么它将为 batchsolve 提供一个
界面。
使用选项-start_paused 将从模拟一开始就监视 batchsolve 的进度。使用此选项,在加载指定
的 MIF 文件后,求解器将立即暂停,因此用户可以在模拟开始之前打开交互界面并分配显
示程序,在交互界面单击 Run 按钮来启动模拟。如果禁用了-interface,则无法使用此选项。
-end_paused 选项确保求解器在完成指定的模拟后不会自动终止。该功能通常用处不大,但
可用于 Tcl 包装器脚本中启动 batchsolve 时帮助它找到该程序。
关于 Tk 依赖性的注意事项:如果加载了使用位图掩码文件的微磁问题,若该掩码文件不是
PPM P3(文本)格式,则 batchsolve 将启动 any2ppm 子程序来转换该文件的格式。由于
any2ppm 需要 Tk 支持,因此在读取掩码文件时,必须提供有效的显示程序。参考 any2ppm
文档来了解详细信息。
输出
Tcl 包装器脚本可以更改输出,但 batchsolve 的默认输出行为是为每个外加磁场步进到控制
点处写入表格文本数据和磁化状态。表格数据会被追加到 basename.odt 文件中,其中
basename 是输入 MIF 1.x 文件中指定的“Base Output Filename”。参考 batchsolve.tcl 文件中
的 GetTextData 例程了解详细信息,目前的输出包括求解器迭代次数、外加磁场 B、归一化
平均磁化强度 m 和总能量,输出为 ODT 格式。
磁 化 数 据 会 被 写 入 到 一 系 列 的 OVF ( OOMMF 矢 量 场 ) 文 件 中 , 名 称 为
basename.fieldnnnn.omf,其中 nnnn 从 0000 开始,并在每个外加磁场步进处递增。(每个文
件内的 ASCII 文本标题记录了该步进中的外加磁场。)这些文件可以使用 mmDisp 查看。
求解器还会自动将输入的微磁问题和其他运行时信息追加到日志文件 basename.log。
Programmer’s interface
除了从命令行直接启动 batchsolve,batchsolve.tcl 也可以被其他提供额外控制的 Tcl 脚本启
动。在 OBS 系统的调度中,batchsolve.tcl 可以被 batchslave 调用,batchslave 由 batchmaster
调度控制。batchsolve.tcl 文件里面有些变量和函数可以被包装器脚本访问和重新定义,以增
强它的功能。
Global variables(全局变量)
mif 即 mms_mif 全局对象的 Tcl 句柄,持有输入 MIF 1.x 文件定义的微磁问题。
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