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GCC编译Fluent UDF

2020-02-27 分类：Fluent二次开发 阅读() 评论(0)
内容纲要
前些日编译Fluent UDF的时候，突然记起来此电脑才换的操作系统，并没有安装visual studio，去其官网下载软件安装，然后提示本机安装的windows版本无法安装visual studio2019。我不怎么想安装老版本VS，于是在网上寻找解决策略，然后在博客园上找到了硫酸亚铜2018年5月9日发布的这篇博文：GCC编译UDF和gdb调试UDF。
原文网址https://www.cnblogs.com/liusuanyatong/p/11259628.html
本文为参考此篇文章的实际操作过程，中间跨坑无数，留此文备忘。

注：在此对原作者表示衷心的感谢！

1 下载并安装GCC

Fluent UDF编译之所以需要依赖于Visual Studio，主要原因是因为Fluent并未内置任何C编译器。（真真是无语了，当前的C编译器可以说是多余牛毛，而且还有很多都是不要钱的，Fluent却还要依赖于Microsoft Visual Studio。幸好现在Visual Studio推出了免费的社区版，不然以前这货的价格可不便宜，虽说有了免费的社区版，但VS臃肿的个头安装起来也挺费时间）

当前用于C/C++的编译器还是比较多的，除了微软的MSVC（就是集成在Visual Studio中的那个），比较有名的还有GCC/G++（基于GNU的C/C++编译器，在Linux系统下很是流行）、ICC（intel搞出来的C/C++编译器，针对intel体系有特别优化）、Clang（近几年风头很火的C/C++编译器，基于BSD协议）、IBM XL C++（IBM搞出来的编译器，在IBM硬件及平台上表现优异）等。

Fluent UDF实质上也是一段完整的C代码，编译型UDF需要利用编译器将这段代码编译成动态链接库（.dll），方便在运行时加载。因此理论上来说任何一款完善的C/C++编译器都可以胜任这项工作。只不过Fluent与巨硬勾搭得比较紧密又不思进取，才导致现在编译UDF需要利用到Visual Studio。

GCC是Linux的主力C/C++编译工具，在windows系统下也有一些基于GCC的编译工具，比较典型的如MinGW、MinGW-win64及TDM-GCC等。（关于它们的区别，可参见https://blog.csdn.net/crazycoder8848/article/details/25164471）。

下面参照教程，采用TDM-GCC作为Fluent UDF编译器。

  • 进入TDM-GCC官网下载软件

官网地址为http://tdm-gcc.tdragon.net/download，可下载tdm64-gcc。

TDM-GCC的安装较为简单，双击后一路Next即可。

安装完毕后，可打开命令提示符窗口或powershell，在其中输入g++，若显示如下图所示信息，表示安装成功。若提示g++不是内部或外部命令之类的提示，则表示未安装好，此时可能需要将TDM-GCC的安装路径添加到环境变量Path中。

2 生成库文件

在TDM-GCC安装文件夹中找到可执行文件gendef.exe所在路径，如本机安装路径为D:TDM-GCC-64x86_64-w64-mingw32bin，将该路径添加到环境变量的Path中。

注：添加环境变量的目的只是为了方便后面调用。不添加的话后面调用时需要使用gendef.exe的完整路径。

  • 命令行中利用cd命令进入到Fluent的库文件目录。这些文件夹包含C:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0win64下的所有文件夹以及C:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0multiportwin64下的所有文件夹。

这些文件夹为：

C:Program FilesANSYS IncV201fluentfluent20.1.0win642d
C:Program FilesANSYS IncV201fluentfluent20.1.0win642d_host
C:Program FilesANSYS IncV201fluentfluent20.1.0win642d_node
C:Program FilesANSYS IncV201fluentfluent20.1.0win642ddp
C:Program FilesANSYS IncV201fluentfluent20.1.0win642ddp_host
C:Program FilesANSYS IncV201fluentfluent20.1.0win642ddp_node
C:Program FilesANSYS IncV201fluentfluent20.1.0win643d
C:Program FilesANSYS IncV201fluentfluent20.1.0win643d_host
C:Program FilesANSYS IncV201fluentfluent20.1.0win643d_node
C:Program FilesANSYS IncV201fluentfluent20.1.0win643ddp
C:Program FilesANSYS IncV201fluentfluent20.1.0win643ddp_host
C:Program FilesANSYS IncV201fluentfluent20.1.0win643ddp_node
C:Program FilesANSYS IncV201fluentfluent20.1.0multiportwin64mpishared
C:Program FilesANSYS IncV201fluentfluent20.1.0multiportwin64netshared

以2d文件夹为例，利用以下命令生成def文件：

cd "C:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0win642d"
gendef fl2010.exe
然而有时候会出错，产生如下图所示提示，主要原因在于文件权限所致。

注：这里ANSYS安装到了系统盘C盘，由于win10系统对C盘的保护，默认情况下系统盘文件夹中是没有写操作权限的。而这里需要在当前文件夹中创建def文件，因此会操作失败。若ANSYS安装在非系统盘，则不会出现这个问题。

此时两种套路：

  • 将win64文件拷贝到非系统盘中进行处理

  • 提升win64文件夹的权限，增加写操作权限

鼠标右键选择文件夹C:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0win64，点击属性弹出属性设置对话框，进入安全标签页，如下图所示，选择列表项User，点击按钮编辑…打开开权限编辑对话框

如下图所示，选中列表项Users，选中完全控制后方的允许复选框，表示对该文件夹赋予所有权限。

此时再执行命令即可生成def文件。

  • 运行命令生成a文件

dlltool --dllname fl2010.exe --def fl2010.def --output-lib fl2010.a
如下图所示。

注：这里需要花费较长时间。

此时2d文件夹下多出了一个文件名为fl2010.a的文件。

  • 对win64文件夹中的所有子文件夹执行上面的操作。确保所有win64文件夹中的子文件中均包含有def文件及a文件。

需要注意，对于文件目录：

c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0win642d_node
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0win642ddp_node
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0win643d_node
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0win643ddp_node
使用命令：
gendef fl_mpi2010.exe
dlltool --dllname fl_mpi2010.exe --def fl_mpi2010.def --output-lib fl_mpi2010.a

对于路径：

c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0multiportwin64mpishared
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0multiportwin64netshared

使用命令：

gendef mport.dll
dlltool --dllname mport.dll --def mport.def --output-lib mport.a

3 编译UDF

编译UDF所需的头文件（千万注意将src文件夹下的所有子文件夹包含进来，否在前面一堆的坑。不同Fluent版本这个子文件夹可能会有所不同）： 

c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0win642d
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcmain
c: Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcaddon-wrapper
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcio
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcspecies
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcpbns
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcnumerics
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcsphysics
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcstorage
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcmphase
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcbc
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcmodels
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcmaterial
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcamg
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcutil
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcmesh
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcudf
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcht
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcdx
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcturbulence
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcparallel
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcetc
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcue
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcdpm
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcdbns
C:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcacoustics
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0cortexsrc
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0clientsrc
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0tgridsrc
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0multiportsrc
c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0multiportmpi_wrappersrc
  • 进入UDF源代码所在路径，如E:demo
  • 执行命令
cd e:demo
mkdir .libudfwin642d
gcc -shared -o .libudfwin642dlibudf.dll demo.c "c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0win642dfl2010.a" -I. -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0win642ddp" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcmain" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcaddon-wrapper" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcio" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcspecies" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcpbns" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcnumerics" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcsphysics" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcstorage" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcmphase" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcbc" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcmodels" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcmaterial" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcamg" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcutil" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcutil" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcmesh" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcudf" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcht" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcdx" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcturbulence" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcparallel" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcetc" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcue" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcdpm" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcdbns" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0cortexsrc" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0clientsrc" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0tgridsrc" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0multiportsrc" -I"c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0multiportmpi_wrappersrc" -I"C:Program FilesANSYS Incv201fluentinclude" -I"C:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0srcacoustics"
期间出现了一些问题，进行了以下处理：
    注释掉头文件C:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0clientsrcsys_master.h第1473行

注意：对应错误提示：c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0clientsrc/sys_master.h:1473:26: error: expected declaration specifiers or '...' before numeric constant

    注释掉头文件c:Program FilesANSYS Incv201fluentfluent20.1.0cortexsrccx.h中第163、164行

注意：对应错误提示：error: conflicting types for '_strnicmp'，这两个函数在d:/TDM-GCC-64/x86_64-w64-mingw32/include/string.h中已经定义了。要么去string.h中去掉定义，要么在cx.h中去掉。不建议改string.h，因为编译的时候依赖于该文件。

此时重新编译，顺利通过。

4 测试

需要注意的是，上面是在2d下编译的，因此打开fluent也必须是在2d下，不能用双精度。若要用双精度2d，则必须在2ddp下编译。

被编译的UDF是用于区域初始化的。其代码如下：

#include "udf.h"
DEFINE_INIT(domainInit,d)
{
    cell_t c;
    Thread *t;
    real xc[ND_ND];
    real x;
    real y;
 
    thread_loop_c(t,d)
    {
        begin_c_loop_all(c,t)
        {
            C_CENTROID(xc,c,t);
            x = xc[0];
            y = xc[1];
 
            if(pow((x-0.05),2)/(0.03*0.03)+
                pow(y-0.03,2)/pow(0.015,2)<1)
            {
                C_T(c,t) = 500;
            }
            else
            {
                C_T(c,t)=300;
            }
        }
        end_c_loop_all(c,t)
    }
}
在2d区域中初始化了一个椭圆形温度500K的区域。

  • 读取msh文件

  • 打开能量方程（本测试案例必须，因为UDF中涉及到温度）

  • 打开UDF管理器

  • 输入名称libudf，点击Load加载UDF

若出现下面的提示，则表示需要加载并行udf，此时需要编译并行版本udf。

并行版本编译完毕后，加载libudf，如下图所示。

依然有错误，此时需要修改源代码。
#ifdef __cplusplus
#define EXPORT extern "c" __declspec(dllexport)
#else
#define EXPORT __declspec(dllexport)
#endif 
#include "udf.h"
DEFINE_INIT(domainInit,d)
{
    cell_t c;
    Thread *t;
    real xc[ND_ND];
    real x;
    real y;
 
    thread_loop_c(t,d)
    {
        begin_c_loop_all(c,t)
        {
            C_CENTROID(xc,c,t);
            x = xc[0];
            y = xc[1];
 
            if(pow((x-0.05),2)/(0.03*0.03)+
                pow(y-0.03,2)/pow(0.015,2)<1)
            {
                C_T(c,t) = 500;
            }
            else
            {
                C_T(c,t)=300;
            }
        }
        end_c_loop_all(c,t)
    }
} 
 
EXPORT UDF_Data udf_data[]={
    {"domainInit",(void(*)(void))domainInit,UDF_TYPE_INIT},
};
 
EXPORT int n_udf_data = sizeof(udf_data)/sizeof(UDF_Data);
  • 重新编译并加载，如下图所示

一切正常。

  • hook该UDF，如下图所示

  • 初始化

  • 温度显示


END

虽然事情最终搞定了，但整个过程还是极为繁琐。万能的知乎上有道友提供了脚本版，有兴趣的道友可以尝试着改造。脚本版地址在这里：https://zhuanlan.zhihu.com/p/90462564，我没有试过。怕麻烦的话，还是老老实实安装Visual Studio吧，社区版也是完全免费的。

本文测试文件：

https://pan.baidu.com/s/12gaTD9222Z-vLqx073dyQw

提取码：puiy

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道

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文章名称：《GCC编译Fluent UDF》
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