Windows环境下编译电磁仿真求解器Palace

Palace是一款开源的大规模计算电磁学软件包，由亚马逊云端业务实验室（AWS Lab）支持。功能丰富，同时能够在不同的高性能硬件上运行，软件上支持OpenMP, MPI和GPU并行计算。Apache的开源协议也是极为友好。详情参见《使用WELSIM生成电磁计算软件Palace的求解器文件》一文。

尽管Palace功能强大，但作为一款基于Linux开发的科学计算程序，官方并没有提供对Windows操作系统的完全支持。笔者对Palace在Windows系统运行的可行性做了研究，使用Visual Studio编译Palace，生成了原生的Windows版本应用程序，并计算得到仿真结果。

Palace提供了CMake的Superbuild编译方式，会自动下载全部的所需依赖库并完全编译。在Linux下可以顺利编译。然而在Windows系统下，大量的依赖库如PETSc，SLEPc，libCEED，MUMPS等核心依赖库需要手动编译，因此官方提供的Superbuild模式，还无法在Windows下顺利编译。我们需要通过手动建立Visual Studio项目的方法，完成编译。

系统环境与依赖库

操作系统：Windows 10, 64-bit

编译器：Visual Studio 2022 Community, C++17。Inter Fortran Compiler 2022。

Palace版本：0.11.2

依赖库：

• Intel MKL：著名的线性矩阵求解器。使用oneAPI 2022.2.0，和Fortran编译器版本一致。
• METIS：用于并行计算的网格分区工具。使用5.3版本。
• Hypre：计算包，使用2.52版本。
• nlhmann/json：一款现代的基于C++的JSON语言读写包。
• {fmt}：支持C/C++的输入输出流的格式化工具包。
• Eigen：大名顶顶的C++数值计算包，无需编译，支持头文件直接调用。
• libCEED：是一款线性代数计算管理终端，支持对各种CPU，GPU和集群的并行计算。
• SuperLU_DIST：SuperLU的并行版本，是一个并行的稀疏直接线性代数求解器库。
• STRUMPACK：一款大规模稀疏矩阵直接数值计算的开源软件库。
• MUMPS：来自法国的求解大规模稀疏线性方程组的开源软件库。
• SLEPc：支持复数线性矩阵计算，用于特征值计算。需要基于PETSc编译。
• ARPACK-NG：支持复数线性矩阵计算，用于特征值计算。以F77程序为主，无需依赖PETSc，可以独立编译。
• GSLIB：用于高阶谱单元的插值计算，可选。

其中，SuperLU_DIST，STRUMPACK，MUMPS三个可选的直接线代求解器至少要有一个。本文选用了MUMPS。SLEPc和ARPACK这两个复数求解器，需要至少一个。如果没有，将无法实现特征值相关的计算。本文选用了ARPACK。

建立项目文件

建立两个项目，分别是静态库项目libpalace，和可执行文件项目palace。libpalace包含所有的头文件和源文件。palace是最后生成的可执行文件，只含有一个main.cpp文件。如图所示，

libpalace项目设置

设置外部头文件链接位置

添加预处理宏命令

CEED_SKIP_VISIBILITYPALACE_WITH_ARPACK_CRT_SECURE_NO_WARNINGS

palace项目设置

添加外部头文件和预处理宏命令的方式，与libpalace几乎一样，这里不在赘述。编译可执行程序需要链接所有依赖库。添加的链接库如下

编译后，需要将所有的依赖动态库放置与palace.exe文件在一起，即可运行palace了。测试可执行程序，可以在Windows的命令行下运行。

也可以使用mpiexec命令进行MPI并行计算。GPU并行计算应该也可以实现，会在以后的文章中讨论。

为贡献仿真与开源社区，笔者开源了Palace的编译文件，分享在 https://github.com/WelSimLLC/palace，并提供了编译好的palace.exe可执行文件，供用户直接使用。

总结

目前可用的开源电磁场仿真求解器不多，Palace提供了强大的计算功能同时，也有着很友好的开源协议。Welsim也成为了世界上第一个在Windows下成功编译Palace，并开源编译方法与文件的开发者。

Palace的一些依赖库在Windows下编译也存在难点，将在以后的文章中讨论。

WelSim与作者不隶属于Palace。和Palace开发团队与机构没有直接关系。这里引用Palace仅用作技术博客文章与软件使用的参考。